Bestimmung der Mantelviskosität aus integrierten elektromagnetischen und seismischen Messungen mit geodynamischen Simulationen

• Antragsteller: Professor Dr. Max Moorkamp
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568450807

Die Viskosität des Erdmantels beeinflusst maßgeblich geodynamische Prozesse wie Plattenbewegungen und die großräumige Topographie der Erdoberfläche. Trotz jahrzehntelanger Forschung bestehen weiterhin erhebliche Unsicherheiten bei der Bestimmung der Viskosität des oberen Mantels, die um ein bis zwei Größenordnungen voneinander abweichen. In diesem Projekt nutzen wir einen neuen geophysikalischen Ansatz, um diese grundlegende Größe präziser zu erfassen. Die Idee basiert darauf, dass die Interaktion zwischen einem Plume und der darüberliegenden Platte stark vom Viskositätskontrast zwischen Lithosphäre und Asthenosphäre abhängt. Insbesondere die zeitliche Entwicklung der Plume-Materialbewegung und die damit assoziierte Temperaturanomalie wird durch das Viskositätsprofil der Asthenosphäre gesteuert. Eine hohe Viskosität führt beispielsweise zu einer starken Kopplung mit der Platte, wodurch das Plume-Material weiter in Richtung der Plattenbewegung transportiert wird. Zur Untersuchung dieses Mechanismus führen wir im Rahmen einer deutsch-japanischen Kollaboration großräumige elektromagnetische und seismologische Messungen in der Hawaii-Emperor-Kette durch, wobei das japanische Forschungsschiff RV Hakuhamura die Auslegung und das Forschungsschiff Sonne die Bergung der Instrumente übernimmt. Das Forschungsgebiet liegt nordwestlich des derzeit aktiven vulkanischen Zentrums und ermöglicht es uns, Lage und Ausdehnung der aktuellen Temperaturanomalie zu bestimmen, die aus früheren Plume-Interaktionen resultiert. Mithilfe geodynamischer Simulationen können wir diese geophysikalischen Daten nutzen, um den Viskositätskontrast zwischen Lithosphäre und Asthenosphäre abzuleiten. Diese innovative geophysikalische Methode zur Abschätzung der Mantelviskosität kann helfen, bestehende Widersprüche zwischen bisherigen Schätzungen zu lösen. Genaue Viskositätswerte sind entscheidend, um die Prozesse besser zu verstehen, die die langfristige Entwicklung der Erdoberfläche steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan
• Mitverantwortlich(e): Dr. Marion Jegen-Kulcsar
• Kooperationspartner: Dr. Kiyoshi Baba; Dr. Takehi Isse