Lithifikationsprozesse in Subduktionszonen und ihre Bedeutung für die Geometrie von Akkretionskeilen

• Antragsteller: Dr. Andre Hüpers
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242353785

Megabeben mit Magnituden größer M=9 entstehen vorwiegend an konvergierenden Plattengrenzen, an denen sich ein Akkretionskeil gebildet hat. Die Subduktionszone vor Sumatra (Indonesien) ist solch eine Plattengrenze, wo das Beben im Dez. 2004 verheerende Folgen hatte. Der katastrophale Versatz während eines Erdbebens beginnt in der sogenannten Seismogenen Zone. Die genauen Gründe warum die Erdbeben in dieser Zone ihren Ursprung haben sind weitestgehend unbekannt, da bisher noch keine Gesteinsproben aus dem Bereich der Seismogenen Zone gewonnen werden konnten. Eine verbreitete Hypothese für Subduktionszonen mit Akkretionskeil ist die Lithifikation des akkretierten Materials, die die notwendige Änderung der mechanischen Eigenschaften mit sich bringt. Zudem bewirkt die Lithifikation eine Veränderung der Geometrie des Akkretionskeils, welche mit dem Auftreten der Seismogenese zu korrelieren scheint. Die Lithifikation wird vermutlich durch eine Reihe von diagentischen bis metamorphen Prozessen hervorgerufen. Die Identität der Prozesse und ihr zeitlich und lokales Auftreten im Akkretionskeil sind jedoch weitestgehend unbekannt. Ziel der der geplanten Studie ist die Identifizierung der vorwiegend temperaturgesteuerten diagentischen bis metamorphen Prozesse und ihr Auftreten im aktiven Akkretionskeil der Nankai-Subduktionszone einzugrenzen. Für die Studie steht folgendes Probenmaterial zur Verfügung: 1) Proben, die im Rahmen des Integrated Ocean Drilling Program bis 2km Teufe gewonnen wurden, 2) Klasten aus mittleren bis tiefen Bereichen des Akkretionskeils, die bei der Beprobung von Schlammvulkanen im Sommer 2012 mit dem Forschungsschiff Sonne gewonnen wurden, sowie 3) Probenmaterial eines fossilen Akkretionskeils, der im Hinterland der Nankai-Subduktionszone aufgeschlossen ist. Insgesamt spiegeln die Proben einen Temperaturebereich bis zur Untergrenze der Seismogenen Zone wider, sowie die verschiedenen tektonischen Einheiten von Subduktionseintrag, äußerem und inneren Akkretionskeil. Umfassende petrographische Analysen sollen die Identifizierung und Charakterisierung der diagentischen bis metamorphen Prozesse ermöglichen. Die Studie wird mit Laboruntersuchungen zu mechanischen und hydrogeologischen Eigenschaften komplementiert, um die Auswirkungen der Lithifikation auf das mechanische Versagen zu beurteilen. Die Auswertung vorhandener Bohrlochmessungen soll das Auftreten der Prozesse im aktiven Akkretionskeil eingrenzen. Analysen zum mechanischen Gleichgewicht des Akkretionskeils, sogenannte Coulomb Wedge Analysen, sollen den Einfluss der Lithifikation auf die Ausformung des Akkretionskeils untersuchen und dienen zusätzlich zur Kalibrierung der Labor- und Bohrlochuntersuchungen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 527: Bereich Infrastruktur - "International Ocean Discovery Program" (IODP)
• Beteiligte Institution: Universität Bremen; MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften