Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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a)
b)
Abb. 1.53: Dichtestruktur der Lithosphäre und des oberen Mantels unter
Nordamerika. (A) Gesamte Dichteanomalien. (B) Dichteanomalien aus
der stofflichen Zusammensetzung nach Reduktion des thermischen Einflusses,
geschätzt aus Daten der seismischen Tomografie. Die Lage der
Querschnitte 1 und 2 und der größten Anomalien (A-D) sind in Abb. 1.52
dargestellt.
Density structure of the lithosphere and upper mantle under North America.
(A) total density anomaly. (B) compositional density anomaly after removing
of the thermal effect estimated from seismic tomography data. Position
of the sections 1 and 2 and location of the main anomalies (A-D) are shown
in Fig. 1.52.
Nachdem die Modelle für die Kruste und den oberen Mantel
vorliegen, können wir mit der Modellierung der gesamten
Mantelstruktur beginnen. Die neuen Lithosphärenmodelle
sind hierbei besonders in kontinentalen Gebieten
wichtig, wo sie erstmals eine zuverlässige Schätzung der
dynamischen Topografie ermöglichen, eine der wichtigsten
Randbedingungen bei der Modellierung der Mantelkonvektion.
Abbildung 1.54 zeigt ein erstes Dichtemodell
des gesamten Mantels, das auf der Grundlage
einer gemeinsamen Inversion von
Schweredaten und seismischen Daten berechnet
wurde. Anhand dieses Modells
wurden die Mantelflussgeschwindigkeiten
geschätzt. Wichtig ist dabei, dass die
horizontalen Variationen der Viskosität,
welche aus Mantelflussgeschwindigkeiten
und den Gleichungen der Mineralphysik
bestimmt wurden, berücksichtigt
wurden. Die nächste Aufgabe besteht
darin, die Modellparameter auszugleichen,
sodass die Modelle bestmöglich mit
den beobachteten GPS-Plattengeschwindigkeiten
und dem gemessenen Geopotential
(Schwere und Geoid) in Übereinstimmung
gebracht werden.
Struktur und Dynamik des Tienschan
Der Tienschan in Zentralasien ist der
größte und aktivste interkontinentale Gebirgsgürtel
der Erde. Die hohe heute gemessene
und aus der Geschichte bekannte
seismische Aktivität lässt eine rasante
Krustendeformation in diesem Gebiet
erwarten. Dies ist eine Folge der hohen
Geschwindigkeit, mit der sich Indien
und Eurasien auf einander zu bewegen
(Abb. 1.55), wobei der Tienschan mindestens
die Hälfte davon absorbiert.
Diese Situation ist absolut einzigartig für
interkontinentale Gebirgsgürtel. Der Mechanismus,
der die Verkürzung der Kruste
in diesem Gebiet steuert, ist bis heute
unklar. Die Diskrepanz zwischen den Verkürzungsraten
von ca. 20 mm/Jahr (aus
GPS-Messungen) und ca. 10 mm/Jahr (aus
seismischen Momenten großer Krustenbeben
abgeleitet) ist beachtlich. Um die
Struktur der Kruste und des oberen Mantels
zu modellieren und Typ und Intensität
der tektonischen Prozesse, welche für die
starke Krustendeformation in dieser Region
verantwortlich sind, genau zu bestimmen,
haben wir Schweredaten der
neuen Satelliten-Missionen CHAMP und
GRACE, regionale GPS-Beobachtungen
und neue seismische Daten analysiert.
Die Dynamik der Erde wird maßgeblich
von Dichteanomalien bestimmt. Gleichzeitig
erzeugen alle tektonischen Prozesse
Dichtestörungen (wie die Topografie), die jeweils spezifisch
sind. Als wichtigste Randbedingung bei der Konstruktion
eines dynamischen Modells in dieser Region
kann deshalb das Schwerefeld genutzt werden. Zentralasien
ist eine der Regionen, in denen die älteren Schwerefeldmodelle
(z. B. EGM96) große Fehler aufweisen.
Wegen der politischen Grenzen müssen Geodäten und
Geophysiker zudem verschiedene Datensätze, die extrem
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