Von plattentektonischen Rekonstruktionen zu 4D geodynamischen Modellen von der Alpine Gebirgsbildung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Eline Le Breton; Professor Dr. Boris J.P. Kaus
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442495967

Die meisten geologischen Entwicklungsszenarien für die Alpen basieren auf Plattentektonischen Rekonstruktionen, sowie geologischen und geophysikalischen Beobachtungen. Diese Rekonstruktionen bilden plausible Szenarien dafür wie die Alpen entstanden sein könnten, sind aber reine kinematische Modelle. Deshalb ist es unklar ob diese konsistent mit der Physik der Lithosphäre und des Mantels sind. Hinzukommt, dass die Unsicherheiten in den verschiedenen Parametern, die in die Rekonstruktionen fließen nicht beachtet werden. Für ein vollständiges Verständnis des Gebirgsbildungsprozesses in 4D müssen 2 Aspekte betrachtet werden:1) Zeitaufgelöste 3D geodynamische Modelle werden Einblicke in Parameter wie die Rheologie der Lithosphäre oder dem Auftreten von Slab-Abbruch Ereignisse geben und zeigen wie die Reorganisation der Lithosphäre die Gebirgsbildung beeinflusst.2) Dynamisch konsistente Modelle werden es uns erlauben die Plattentektonischen Rekonstruktionen zu verfeinern und die Interpretation seismischer Modelle zu lenken. Die Unsicherheiten in den Plattentektonischen Rekonstruktionen zu beachten wird ein besseres Verständnis darüber liefern, welche Merkmale robust sind und welche nicht, was eine entscheidende Information für den Vergleich mit dynamischen Modellen darstellt.In diesem Projekt werden wir beide Punkte adressieren. Wir werden 3D thermo-mechanische geodynamische Simulationen der Alpen, die auf Plattentektonischen Rekonstruktionen basieren mit einem kombinierten vorwärts- und inversen Verfahren berechnen. Wir starten mit Geometrien, die auf Rekonstruktionen von vor 20 Ma basieren und berechnen systematisch vorwärts Simulationen um das Effekt von Rheologie, Anfangsgeometrie und thermische Struktur zu testen.Unsere Simulationen enthalten visco-elasto-plastische Rheologien, Erosionsprozessen und eine freie Oberfläche welche die spontane Kreation von Störungszonen, Slab-Abbruch und die Generation neuer ozeanischer Kruste selbstkonsistent produzieren. In einem weiteren Schritt extrahieren wir die kinematischen Regeln und Unsicherheiten aus den geodynamischen Simulationen indem wir quasi-instantane Modelle verschiedener Momentaufnahmen der zeitabhängigen Modelle kombinieren mit einer adjungierten Sensitivitätsanalyse, welche anzeigt wie kleine Änderungen der Modellparameter die Plattengeschwindigkeiten beeinflussen. Dies ist ein wichtiger Teil eines neuen inversen Ansatzes, der im dritten Teil dieses Projektes entwickelt wird, welcher die Techniken der Datenassimilierung nutzt um die Plattentektonischen Rekonstruktionen als inverses Problem zu formulieren. Hierfür beziehen wir die Unsicherheiten in den Daten sowie physikalische Beschränkungen der Plattengeschwindigkeit mit ein. Dies wird in einer Reihe von Plattentektonischen Rekonstruktionen resultieren, die alle konsistent mit den Daten sind. Zusammen mit neuen und existierenden Daten des 4DMB Projektes, wird dies neue Einblicke in die Physik von Gebirgsbildungsprozesse geben.

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