MOSAIC - Ein modularer, paralleler, 3D seismo-thermo-mechanischer Ansatz zur Simulation der Rückkopplung zwischen geodynamischen und seismischen Prozessen.

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Thibault Duretz; Dr. Alice-Agnes Gabriel; Professor Dr. Boris J.P. Kaus
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560283387

Wie geodynamische Prozesse wie Subduktion oder Kollision die seismische Gefährdung beeinflussen, ist nach wie vor wenig verstanden, da diese Prozesse aufgrund ihrer Nichtlinearitäten und der großen Unterschiede in den Zeitskalen (von Millionen Jahren bis zu Sekunden) schwer zu modellieren sind. Dieses Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung eines neuen 2D/3D parallelen Software-Frameworks in Julia, um geodynamische Prozesse und seismische Zyklen auf konsistente Weise zu simulieren. Durch die Verwendung von gestaffelter Finite-Differenzen-Diskretisierung, adaptiver Zeitschrittsteuerung und reibungsgesetzabhängiger Rate-und-State-Funktionalität wird die Software die Wechselwirkungen zwischen langfristiger tektonischer Deformation, seismischen Zyklen und Oberflächendeformationen modellieren. Ein zentrales Ziel ist es, die zweiseitige Kopplung zwischen diesen Prozessen zu untersuchen, bei der seismische Zyklen das großräumige geodynamische Verhalten beeinflussen können, im Gegensatz zur der häufiger verwendeten einseitigen Kopplung, bei der seismische Ereignisse ausschließlich durch tektonischen Spannungen angetrieben werden. Dies wird neue Erkenntnisse darüber liefern, wie sich Störungssysteme dynamisch entwickeln und im Laufe der Zeit mit größeren tektonischen Kräften interagieren. Wir werden den neuen Code mit etablierten Standards vergleichen, die Bedeutung von einseitigen und zweiseitigen Kopplungsansätzen testen und einen Workflow entwickeln, um von geodynamischen Zeitskalen bis hin zu Bodenerschütterungen zu gelangen, die durch Brüche in einem Mehrfach-Verwerfungssystem verursacht werden. Durch die Nutzung von GPU-beschleunigtem Rechnen und effizienten ODE-Lösern zielt das Team darauf ab, seismische Zyklen über längere Zeiträume zu simulieren, möglicherweise bis zu Millionen von Jahren. Die Zusammenarbeit mit anderen Projekten der DEFORM SPP-Initiative wird es ermöglichen, dieses Framework in regionale geodynamische Modelle zu integrieren und ein leistungsstarkes Werkzeug zur Untersuchung seismischer Gefahren und tektonischer Prozesse in komplexen geologischen Umgebungen zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2497: Geohazards und Deformation von Lithosphärenplatten: Der östliche Kontinentalrand der Adriatischen Platte (DEFORM)
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Dr. Albert de Montserrat; Dr. Ludovic Räss