Seismischen Strukturen und magnetischer Fluss an Kernmantelgrenze

Untersuchung des Einflusses der seismischen Strukturen an der Kernmantelgrenze auf Regionen mit intensivem magnetischem Fluss.

Projektbeschreibung

Das Erdmagnetfeld, erzeugt im flüssigen äußeren Erdkern, variiert über viele Zeitskalen. Es gibt kurzzeitige Variationen von einigen Jahrzehnten, wie sich nach Westen bewegende starke Magnetflussgebiete nahe des Äquators. Andere Regionen weisen ein stabiles Magnetfeld über lange Zeiträume auf, wie z.B. zwei starke Magnetflussregionen auf der nördlichen Halbkugel unter Sibirien und Kanada. Eine dritte solche Region wird unter dem Nordatlantik vermutet. Es wird angenommen, dass Strukturen des untersten Erdmantels Randbedingungen für das Erdmagnetfeld vorgeben und bisher wurden seismische Tomographiebilder verwendet, um die Interaktion von Mantelstrukturen und Kerndynamik zu verstehen. Hier wollen wir die Mantelstruktur an der Grenzfläche zwischen Erdkern und Erdmantel untersuchen, um folgende Erkenntnisse zu erlangen: 1) Die seismische Geschwindigkeitsstruktur im Erdmantel in Regionen mit starkem Magnetfeldfluss, 2) die Ausdehnung und Anisotropie dieser Strukturen und 3) die Minerale abschätzen, welche diese Strukturen aufbauen. Daraus wollen wir Karten der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit für die ausgewählten Regionen an der Kern-Mantel-Grenze ableiten. Diese sind notwendig für numerische Simulationsrechnungen der Kerndynamik. Wir werden uns hierbei auf vier Regionen mit hoher magnetischer Flussdichte konzentrieren: (Sibirien, Kanada und Nordatlantik) sowie die Region unter Indonesien, wo starke magnetische Flussregionen aus dem Kern auftauchen und sich schnell nach Westen bewegen. Wir wollen Reflexionen seismischer P- und S-Wellen sowie konvertierte Wellen (P zu S, S zu P) an Strukturen nahe der Kern-Mantel-Grenze verwenden. Solche Strukturen sind die Oberkante der D‘‘-Schicht, Zonen stark verringerter seismischer Geschwindigkeit und andere Reflektoren. Wir werden Wellenattribute wie die Amplitude, die Wellenform oder Polarität der reflektierten Wellen bestimmen und diese mit synthetischen Wellenformen vergleichen. Wir werden Scherwellen-Doppelbrechung messen und untersuchen, um die Anisotropie in denselben Regionen wie für die Reflexionsanalysen zu bestimmen. Die elastischen Eigenschaften von Mineralen im unteren Erdmantel werden dann zur Berechnung von ihrer Deformation und Textur verwendet, um daraus richtungsabhängige seismische Geschwindigkeiten zu berechnen. Diese Geschwindigkeitswerte werden als Grundlage genommen, um Reflexions- und Transmissionskoeffizienten für seismische Wellen an den Reflektoren sowie ihre Anisotropieeigenschaften zu bestimmen. Die gemeinsame Verwendung von Reflexionen und Anisotropie zusammen mit der Deformationsmodellierung erlauben, die beste Abschätzung des aufbauenden Minerals in den untersuchten Strukturen zu erhalten. In Zusammenarbeit mit den Gruppen für Mineralphysik in DeepDyn werden wir dann Karten der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit bereitstellen, welche wiederum von den Gruppen für numerische Kernmodellierung in DeepDyn als Randbedingungen benutzt werden können.

Projektkurzinformationen

Beteiligte Forschungsinstitute und externe Kooperationspartner