Deep seismic structures beneath India and South Atlantic
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt sollten seismische Diskontinuitäten unter Indien und dem Südatlantik untersucht werden, um mineralogische, dynamische und evolutionäre Prozesse des Mantels besser verstehen zu können. Dazu wurde am Anfang des Projektes ein seismisches Array in West-Marokko installiert, welches für 2.5 Jahre lief. Die Daten dieses Projektes wurden dann in mehreren Studien benutzt um die Ausgangsfragen zu beantworten: Die Struktur der D" Region unter dem Atlantik wurde durch Reflexionen und Anisotropie untersucht. Es zeigte sich, dass in dieser Region, in der weder Aufstöme, noch Subduktion zu erwarten ist, sich trotzdem starke Reflexionen von einer Struktur 300 km über der Kernmantelgrenze zu sehen ist. Dieses war ein erstaunliches Ergebnis, da in einer 'normalen' Mantelregion kleinere bzw. keine Beobachtungen zu erwarten sind. Es zeigte sich außerdem, dass es in derselben Region starke Anisotropie gibt, anders als bisher angenommen. Um zu zeigen, dass man anhand von Polaritäten und Amplituden von Reflexionen Aussagen über die Ursache der Reflektoren machen kann, wurde mit einer Monte Carlo thermodynamischen Modellierungstechnik, die Änderungen im Chemismus und Mineralogie in Änderungen der seismischen Geschwindigkeit konvertiert, gefunden, dass man zwischen Phasenübergängen und subduziertem Basalt unterscheiden kann. Die im Atlantik gefundenen Reflexionen weisen auf einen Phasenübergang als Ursache für die Reflektoren hin. Eine weitere Region wurde mit den Daten des Morocco-Münster Arrays untersucht - die D" Schicht unter dem Mittelmeer. Hier befindet sich die nördliche Grenze der großen Scherwellengeschwindigkeitsanomalie unter dem Atlantik und auch hier finden wir Reflexionen, allerdings sind dort die Ergebnisse weniger klar als unter dem Atlantik. Daten des Morocco-Münsters Arrays wurden weiterhin für Strukturen in der Mantelübergangszone (410 bis 660 km) und für tiefe Subduktion genutzt. im ersten Fall konnten Änderungen der Tiefe der seismischen Diskontinuität unter Indien beobachtet werden, die auf die Subduktion der Tethysplatte hindeuten. Thermo-chemische Modellierungen lassen es zu, den Temperaturkontrast in der Subduktion zu bestimmen und Beobachtungen weiterer Reflektoren weisen ebenfalls auf frühere Subduktion hin. Reflexionen von tiefer (größer 660 km) Subduktion wurden durch Wellen untersucht, die vom Großkreis zwischen Quelle und Empfänger abweichen. Diese Wellen wurden in unserem Datensatz beobachtet und eine erste Rückverfolgung der Reflexionspunkte mithilfe der gemessenen Slowness (gibt den Auftauchwinkel), dem Backazimuth (Winkel zwischen dem Großkreis und Nord) und der Laufzeit zeigt eine kontinuierliche Struktur in den unteren Mantel unter Indien. Weitere Arbeiten, die mithilfe der Daten dieses Experiments (Morocco-Münster) durchgeführt wurden, befassen sich mit 'Receiver Funktionsanalyse', bei denen die Struktur unter dem Atlas und dem Antiatlas bis zur Mantelübergangszone untersucht wurde bzw. mit Tomographie der Region. Mit der Receiver Funktionsanalyse zeigte sich, dass die Lithosphäre unter Marokko nach Südwesten hin verdünnt ist, es außerdem eine Verschiebung nach unten der 410 km Diskontinuität unter den Kanaren gibt. Die Ergebnisse könnten auf einen Aufstrom in der Region hindeuten, die zu einer thermischen Kompensation des Gebirges beitragen würde. Die Tomographie-Studie zeigt ebenfalls eine langsame seismische Geschwindigkeitsanomalie in dem Bereich unter SW Marokko und den Kanaren. Im Moment laufen weitere Projekte mit den Daten des Morocco-Münster Arrays, die sich mit der Lithosphäre, dem Kern und der Untersuchung der Kernmantelgrenze beschäftigen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The origin of D" reflections: a systematic study of seismic array datasets, Geophys. J. Int., 194, 1091-1118
Cobden, L. and C. Thomas
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Crustal and Upper Mantle Structure beneath the Atlas Mountains, Morocco, derived from Receiver Functions, Geophys. J. Int. 198, 1474-1485
Spieker, K., I. Wölbern, C. Thomas, M.Harnafi, L. ElMoudnib
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Mantle transition zone structure beneath India and Western China from migration of PP and SS precursors, Geophy. J. Int., 197, 396-413, 2014
Lessing, S., C. Thomas, S. Rost, D. Dobson, L. Cobden
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Multiple-freuqency tomography of the upper mantle beneath the African/Iberian collision zone, Geophys. J. Int., 198, 1458- 1473
Bonnin, M., Nolet, G., Villasenor, A., Gallart, J., Thomas, C.
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Seismic Detection of post-perovskite inside the Earth, In: Khan A., Deschamps F. (eds) The Earth's Heterogeneous Mantle. Springer Geophysics. Springer, Cham, 2015, S. 391-440
Cobden, L.J., Thomas, C., Trampert, J.
