Bestimmung der Dynamik der Alpen anhand 3D geodynamischer Inversionsmodelle.

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Friederich; Professor Dr. Boris J.P. Kaus; Professor Dr. Thomas Meier
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 363550341

Geophysikalische Methoden betrachten die Struktur der Lithosphäre und des Mantels, geologische Methoden betrachten die Entwicklung dieser Strukturen über mehrere Millionen Jahre. Um die Physik der Gebirgsbildung der Alpen, sowie das Zusammenspiel der Tiefenprozesse und der Oberflächendeformation zu verstehen, müssen wir die Dynamik der Lithosphäre verstehen. Diese Prozesse können mittlerweile numerisch 3D simuliert werden, die Einflussgrößen sind allerdings weiterhin unklar. Des Weiteren ist unklar wie gut geodynamische Modelle die geophysikalischen Daten reproduzieren.Jüngst haben wir ein geodynamisches Inversions Verfahren, welches die geodynamischen Modelle der Lithosphäre mit geophysikalischen Daten vergleicht und die Einflussgrößen automatisch variiert um die Differenz zwischen Observation und Modell zu reduzieren, entwickelt. Indem wir dieses Verfahren mit einer Bayesian-Monte-Carlo Methode verbinden, können wir die best-fit Parameter sowie deren Unsicherheiten sogar für nichtlineare Rheologien bestimmen. Dies erlaubt es mechanisch konsistente Interpretationen von Gebirgen zu machen und zu bestimmen welche Theorie die geophysikalischen Daten bestätigt. Der Nachteil dieser Methode ist, dass sie numerisch aufwendig ist und nicht immer nur ein best-fit Modell existiert.Um zu verstehen welche Mantel-Krustenstruktur, thermische Struktur, und Rheologie konsistent mit den geophysikalischen Daten ist, werden wir in dieser Arbeit 3D geodynamische Inversionen der Alpinregion durchführen. Zusätzlich zu GPS, Topographie und Gravitationsdaten, in Zusammenarbeit mit 4D-MB Mitgliedern werden wir auch Deformationsraten, Seismizität, Spannungsrichtungen von Erdbebenherdmechanismen, 3D seismische Anisotropie, Abkühlungsraten und Resultate von neuen tomographischen Inversionen in unsere geodynamischen Inversionsmodelle inkludieren. Dies wird zu exakteren Inversionsresultaten führen. Diese Methoden anzuwenden erfordert technische Entwicklung speziell um die synthetischen geophysikalischen Daten aus unseren Simulationen zu berechnen, sowie die Inversionsmethode zu beschleunigen.Als Erstes werden bereits publizierte Daten und existierende tomographische Modelle für diese Arbeit verwendet, neue Daten werden durch die Kollaboration mit anderen 4D-MB Mitgliedern inkorporiert. Unsere Modelle werden- die dynamischen Konsequenzen von Polaritätswechseln der Subduktion darlegen und Einblicke in die Lithosphärenrheologie geben (RT1).- aufzeigen wie die Tiefenstruktur der Alpen mit den Krusten- und Oberflächenprozessen zusammenhängt (RT2, RT3).- Aussagen über die Spannungsorientierung in der Kruste und deren Feedback zu Untergrundprozessen machen (RT4).Wir werden die Resultate des DSEBRA Netzwerks (AF-A), geologische Studien der Alpen (AF-E) nutzen und zur 4D-numerischen Modellierung der Alpen (AF-E) beitragen. Zusätzlich werden unsere Ergebnisse zur effektiven Rheologie der Lithosphäre 4D zeitintegrierte dynamische Modelle der Alpinkollisionszone ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2017: Gebirgsbildungsprozesse in 4-Dimensionen (4D-MB)