Zusammenhang zwischen Deformationsmustern und tiefer Konfiguration der Lithosphäre der Alpen und ihrer Vorländer -DEFORM

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Hans-Jürgen Götze; Professor Dr. Boris J.P. Kaus; Professorin Dr. Magdalena Scheck-Wenderoth
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442494818

Da die beobachtete Verteilung von Oberflächendeformation und Seismizität starke Variationen aufweist, ist der heutige physikalische Zustand der Alpen und ihrer Vorländer umstritten. Unsere beschränkte Kenntnis darüber, wie die interne Struktur der Lithosphäre auf das aktuelle Spannungsfeld reagiert, führt zu widersprüchlichen Interpretationen der Mechanismen, die Deformationsprozesse steuern. Insbesondere die Frage, wie flachere Bereiche der Kruste mit tieferen Regionen der Kruste und des Mantels gekoppelt sind, ist offen. Ergebnisse aus Phase I des SPP zeigen, dass die räumliche Verteilung von Dichten und seismischen Geschwindigkeiten auf eine deutliche laterale und vertikale Variation der Lithologie vom Orogen zum Vorland hinweisen. Die dadurch bedingten Variationen der physikalischen Eigenschaften bewirken auch ein variables thermischen Feld und eine heterogene Verteilung rheologischer Eigenschaften. Hauptziel von DEFORM ist es, die Hypothese zu testen, dass unterschiedliche Prozesse, die rezente und heutige Krustendeformationen hervorrufen, isoliert und ihre relativen Beiträge quantifiziert werden können, wenn die Lithosphärenkonfiguration und physikalische Prozesse zusammen betrachtet werden. Dazu wollen wir quantitativ bestimmen, wie eine intern heterogene Lithosphäre auf Plattenrandkräfte einerseits und auf vertikale Eislasten andererseits reagiert. In unserem Projekt INTEGRATE in Phase I des SPP finden wir eine positive Korrelation von Grenzbereichen zwischen Domänen unterschiedlicher Krustendichte mit stärkster Deformation, die geodätische Messungen detektieren sowie der Verteilung von Starkbeben. Um bewerten zu können, ob ein systematischer und skalenübergreifender Zusammenhang zwischen der Verteilung der beobachteten Deformation und der rheologischen Struktur der Lithosphäre besteht, nutzen wir das in INTEGRATE entwickelte, datengestützte rheologische Modell als Basis für Simulationen von gekoppelten thermomechanischen Prozessen. Dabei verbinden wir thermomechanische Modelle von großskaliger Deformation über geologische Zeitskalen mit regionalen thermomechanischen Ansätzen auf einer menschlichen Zeitskala, um unterschiedliche Deformationsmechanismen, die das mechanische Verhalten der Lithosphäre steuern, zu untersuchen. In den Simulationen werden die Initialbedingungen durch die statischen rheologischen und thermischen Modelle definiert, das heutige Deformationsfeld an der Oberfläche als obere Randbedingung betrachtet und als untere Randbedingung das aus großskaligen thermomechanischen Modelle extrahierte Deformationsfeld der obersten Asthenosphäre. Das Projekt leistet einen Beitrag zu Thema 2 der aktuellen Ausschreibung im SPP 4D-MB: “Oberflächen- und Krustendeformation in Abhängigkeit von Veränderungen der Gebirgsstruktur auf verschiedenen Zeitskalen“. Eine enge Zusammenarbeit ist mit mehreren Projekten im SPP vorgesehen, um neue Beobachtungen in das rheologische Modell zu integrieren und modellierte Szenarien zu validieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2017: Gebirgsbildungsprozesse in 4-Dimensionen (4D-MB)
• Mitverantwortliche: Dr. Judith Bott; Dr. Mauro Cacace