Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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Nachweisbarkeit einer Eigenschwingung des Pols des
Innenkerns (free wobble) mit einer Periode zwischen fünf
und sechs Jahren untersucht. Diese Bewegung wirkt sich
zwar theoretisch auf die Polbewegung und das Schwerefeld
aus, die Untersuchungen lieferten wegen der kleinen
Signale jedoch ein Negativresultat.
Erdmodellierung
Ein neues globales Dichtemodell der Kruste und des oberen
Mantels
Die Ableitung eines neuen globalen Dichtemodells der
Kruste und des oberen Mantels ist eine der wichtigsten
Aufgaben des Forschungsprogramms „Erde im Wandel“.
Die Kenntnis dieser Strukturen ist nicht nur entscheidend
für das Verständnis der nahen Oberfläche, sondern auch
für die Erforschung der tieferen Gebiete, weil deren
Auswirkungen zum großen Teil von den Einflüssen der
Lithosphäre und der Manteldynamik überdeckt werden.
Das Schwerefeld der Erde ist sehr sensibel bezüglich der
Struktur der Erde und der dynamischen Prozesse in ihrem
Innern, deshalb wird es als grundlegende Randbedingung
in diesen Untersuchungen genutzt. Die Daten des Schwe-
a)
b)
Abb. 1.50: Die Hauptkrustenschichten: (A) Sedimentdicke (obere Grenzschicht);
(B) Tiefe der Kruste-Mantelgrenze (untere Grenzschicht).
Global image of the main crustal layers: (A) thickness of sediments; (B)
depth to the bottom of the crust.
refeldmodells müssen allerdings zusätzlich mit seismischer
und geologischer Information kombiniert werden.
Das erste Ziel der Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet
ist die Ableitung eines neuen globalen Modells der Kruste.
Der Umfang des zur Verfügung stehenden seismischen
Datenmaterials ist während der letzten zehn Jahre enorm
gewachsen. Auf der Grundlage dieser Daten haben wir ein
globales Krustenmodell abgeleitet, welches im Gegensatz
zu bereits existierenden globalen Modellen niedriger Auflösung
wie CRUST2.0 auf Originaldaten basiert. Abbildung
1.50 zeigt zwei Hauptgrenzflächen der Kruste (Sedimente/feste
Kruste und Kruste/Mantel). Am stärksten wirken
sich die Verbesserungen des aktuellen Modells in
Nordamerika und Eurasien aus. Hier betragen die Differenzen
zu CRUST5.1 und CRUST2.0 in der Tiefe der
Mohorovičić-Diskontinuität ±15 km.
Das Schwerefeld der Kruste wurde berechnet und vom
gemessenen Feld subtrahiert, so dass man die verbleibenden
Mantel-Schwereanomalien erhält (Abb. 1.51a). Auf
die gleiche Art und Weise wurde die Resttopografie
berechnet, d. h. der Teil der Topografie, der durch die Inhomogenitäten
in der Krustendichte einschließlich der Variation
der Krustendicke nicht oder überkompensiert ist.
Aus diesen beiden Größen wurde im nächsten Schritt
zusammen mit Daten der seismischen
Tomografie ein Dichtemodell für den
Mantel abgeleitet. Die mittlere Dichteverteilung
innerhalb des oberen Mantels
wurde durch gemeinsame Inversion dieser
Daten berechnet und ist in Abb. 1.51b
dargestellt.
Im nächsten Modellierungsschritt wurde
der Einfluss verschiedener Faktoren wie
Temperatur und Variationen in der stofflichen
Zusammensetzung untersucht.
Gestützt auf die Verteilung der seismischen
Geschwindigkeit und unter
Berücksichtigung der entsprechenden
Mineralphysik, können die Temperaturvariationen
im oberen Mantel geschätzt
werden. Die zuverlässigsten Ergebnisse
erhält man für Nordamerika, wo die seismische
Tomografie und das Temperaturmodell
von Goes und Van der Lee (2002)
verwendet wurden. Die durch Temperaturvariationen
erzeugte Schwere im oberen
Mantel wurde bestimmt und vom
Gesamtfeld des Mantels abgezogen. Die
resultierenden Anomalien auf Basis der
Mantelzusammensetzung sind in Abb.
1.52 dargestellt. Die residuale dynamische
Topografie wurde auf der Grundlage
der gleichen Krustendaten berechnet.
Die resultierende Dichtestruktur nach gemeinsamer
Inversion aller Daten ist in
Abb. 1.53 dargestellt.
Die Anomalie A entspricht der alten kontinentalen
Wurzel (kanadischer Schild).
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam