Untersuchung der Geometrie der Slabs, der Deformation der Lithosphäre und des Asthenosphärenflusses in der Alpenregion mittels Oberflächenwellenfeldtomographie

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Ebbing; Professor Dr. Wolfgang Friederich; Professor Dr. Thomas Meier
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 363550787

Seismische Oberflächenwellen sind ideal geeignet, die isotropen und anisotropen elastischen Eigenschaften der Lithosphäre und Asthenosphäre zu untersuchen. Die Alpenregion ist durch vergleichsweise kleinräumige Strukturen gekennzeichnet. Um Schlüsselfragen bzgl. der Lithosphärendynamik zu beantworten, wird deshalb eine besonders hohe Auflösung benötigt, die durch Oberflächenwellenfeldtomographie erreicht werden kann, wobei Daten großräumiger, dichter Arrays genutzt werden. Daten des seismischen AlpArray-Netzes einschließlich der marinen Komponente und der Swaths (AF A, B, C, D) werden analysiert, um die Ausbreitung teleseismischer Rayleigh- und Lovewellen in der Alpenregion sowie die Krusten- und Mantelstruktur mit einer lateralen Auflösung geringer als 50 km aufzulösen. Das resultierende Modell der Scherwellengeschwindigkeit für die oberen 300 km wird die abtauchende Adriatische und Eurasische Platte sowie deren Vorländer abbilden. Die Geometrie der abtauchenden Platten in den Regionen der Polaritätsumkehr (von SW Alpen zu Apenninen, von West- zu Ostalpen), in Regionen fehlender Subduktion (Zentralalpen) und abreißender Platten (SW Alpen) sowie im Übergangsbereich von den Ostalpen zu den Dinariden wird aufgelöst (RT1, Reorg. der Lithosphäre). Die Konversion in Dichteanomalien ermöglicht es, die Auswirkung endogener Kräfte auf die Deformation an der Erdoberfläche zu quantifizieren (RT2, Oberflächendeformation). Seismische Anisotropie erlaubt es, Rückschlüsse auf rezente und vergangene Deformationen der Lithosphäre sowie auf den Mantelfluss in der Asthenosphäre zu ziehen. Es wird ein dreidimensionales Modell der seismischen Anisotropie in der Lithospäre und Asthenosphäre bestimmt, um die Deformation der Kruste, die Kopplung zwischen Kruste und Mantel sowie zwischen Mantelfluss und Platte zu bestimmen (RT3, Deform. von Kruste und Mantel). Anhand des Modells können Vorhersagen aus numerischen Modellierungen auf ihre Plausibilität getestet werden (RT1, Reorg. der Lithosphäre). Methodische Entwicklungen betreffen die Messung der Phase und Amplitude der Rayleigh- und Lovewellenfelder, um ihre Krümmung, ihre Amplitudenvariationen und ihre Richtungsabhängigkeit zu analysieren. Aufgrund der anfallenden umfangreichen Datenmengen müssen automatische Messmethoden entwickelt werden. Helmholtz und Eikonaltomographie werden auf den anisotropen Fall erweitert und verwendet, um ein radial und azimutal anisotropes Modell der Scherwellengeschwindigkeit für die Alpen zu bestimmen. Das Modell wird in großräumige Modelle eingebettet und Vorkenntnisse über die Kruste werden berücksichtigt. Weiterhin werden Methoden zur effizienten numerischen Modellierung teleseismischer Wellen in den Alpen entwickelt. Diese Methoden werden es ermöglichen, mittels AlpArray-Daten die Tiefenstruktur der Alpen und ihrer Vorländer großräumig und mit hoher Auflösung abzubilden.

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