Oberflächensignale der Mantelkonvektion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dieser Studie werden zwei numerische Modelle der Mantelkonvektion verwendet. In einem Modell ergibt sich anhand von rheologischen Vorgaben die Oberflächendynamik selbstkonsistent aus der Mantelströmung. Im anderen Modell wird die plattenartige Oberflächenbewegung durch eine dynamisch angepasste Randbedingung vorgeschrieben, wobei die Dicke und Viskosität der Platte a-priori definiert werden. Aus vorherigen Untersuchungen sind drei Regime der Dynamik von Plattenbewegung bekannt: Das Stagnant-Lid-Regime, die episodische und die kontinuierliche Mobilisierung. In diesen drei Regimen werden in dieser Studie die Oberflächentopografie, das Geoid und der lokale Wärmestrom systematisch untersucht. Vergleichbar zu vorherigen Studien wird dabei über einem Mantelplume im Allgemeinen ein Maximum in allen Observablen beobachtet. Ein immobile Platte dämpft dieses lokale Signal und reduziert mit ansteigender Plattendicke die Amplitude der Observablen. Die Untersuchungen dieser Studie zeigen, dass bei einer bewegten Platte die Korrelation eines Plumes mit einem lokalen Maximum nicht mehr eindeutig ist. Bei einer Oberflächenmobilisierung sind verschiedene Arten von Plumes in verschiedenen Entstehungsphasen im Mantel gleichzeitig erkennbar. Währenddessen spiegeln die Observablen aber eher den Verlauf der Lithosphärenbasis wider, weshalb in manchen Fällen Plumes sogar unter topografischen Depressionen beobachtbar sind. Sobald ein Plume aber zur Lithosphäre aufgestiegen ist, kann sein Signal dann anhand eines lokalen Maximums in den Observablen erkannt werden. Diese Studie untersucht auch die Oberflächensignale von Strömungsstrukturen des oberen Mantels. Auf der Erde verursacht kleinskalige Konvektion an der Lithosphärenbasis ab einem Oberflächenalter von circa 80 Millionen Jahren eine asymptotische Abflachung des Meeresbodens, was als 'Seafloor Flattening' bezeichnet wird. Die Struktur dieser kleinskaligen Strömungen ist in Longitudinalrollen organisiert und vorherige Studien verknüpfen Seafloor Flattening eng mit der Plattentektonik. Untersuchungen dieser Studie zeigen aber, dass die asymptotische Abflachung der Oberfläche auch bei Stagnant-Lid-Konvektion und in Abwesenheit von aktiven Plumes beobachtet werden kann. Dies weist darauf hin, dass Seafloor Flattening ein äußerst robustes Phänomen ist, das weder plattenartige Bewegung noch einen aktiv gespeisten Mittelozeanischen Rücken voraussetzt. Diese Studie macht deutlich, dass die Dynamik einer Oberflächenplatte, insbesondere bei einer kontinuierlichen Mobilisierung, die Observablen grundlegend beeinflusst. Die lokalen Signale von Mantelplumes können dabei überdeckt werden. Im Gegensatz dazu können die Signale von Strömungsstrukturen des oberen Mantels auch bei bewegten Platte gut erkannt werden und haben so einen großen Einfluss auf die Observablen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2010). Resurfacing events on Venus: Implications on plume dynamics and surface topography. Geophysical Research Letters, 37(1), L01201
Stein, C., A. Fahl und U. Hansen
