Imaging the topography of the Lithosphere-Asthenosphere Boundary beneath South and East Africa using S receiver functions; a key to understand continental lithospheric evolution in and around active rifting systems
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zu den größten ungelösten Fragen der Dynamik des Erdmantels, die die Ursache der geologischen Vielfalt der Erdoberfläche ist, gehört die Entstehung der Kontinente, ihre Aufspaltungen und Kollisionen. Dazu ist es nötig mit seismischen Methoden das Innere der kontinentalen Lithosphäre abzubilden. Die bekannteste Methode dafür ist die seismische Tomographie, mit der im wesentlichen die Mächtigkeit der kontinentalen Lithosphäre erhalten wurde, die in erster Näherung bei ca. 200 km liegt. Durch eine neue seismische Methode wurden aber in den letzten Jahren neue Einzelheiten über den Aufbau der Lithosphäre bekannt. Diese neue Methode, die sogenannte „S-Receiver-Function Methode“, benutzt Wellen, die an Inhomogenitäten im Erdinneren gestreut werden, und damit diese abbilden. So wurde in ca. 100 km Tiefe global in den Kontinenten eine Geschwindigkeitsreduktion entdeckt, deren Ursache bisher nicht klar bestimmt werden konnte. Sie wird als „Mid-Lithospheric Discontinuity“ (MLD) bezeichnet. Außerdem wurde erkannt, dass die Untergrenze der Lithosphäre relativ scharf ist, so dass sie nicht allein durch Temperaturänderungen erklärt werden kann. Im Rahmen dieses Projektes haben wir mit der S-Receiver- Function Methode die Lithosphären von Südafrika, aber auch von Skandinavien und Nordamerika untersucht. Die dafür benötigten Daten haben wir durch „Data Mining“ archivierter frei zugänglicher Daten kostenlos erhalten. In Südafrika wurden überraschenderweise eine Verdopplung der MLD entdeckt, wobei die obere (bei ca. 85 km Tiefe) durch eine Anisotropie der Wellenausbreitung erklärt werden kann. Anisotropie im Erdmantel weist im allgemeinen auf Strömungsvorgänge hin (aktive oder eingefrorene). In Skandinavien wurden ebenfalls zusätzliche Diskontinuitäten entdeckt, die möglicherweise auf großräumige Unterschiebungen hinweisen können. Ansätze für solche Unterschiebungen waren in Skandinavien und in Kanada schon aus explosionsseismischen Experimenten bekannt. In Tibet schiebt sich der indische Subkontinent mehrere hundert Kilometer weit unter Tibet. Die Beobachtungen von großräumigen Unterschiebungen unter Kontinenten werfen möglicherweise auch ein neues Licht auf die Frage der Entstehung der Kontinente. In den USA wurden ebenfalls komplexe Strukturen innerhalb der Milliarden Jahre alte Lithosphäre entdeckt, die möglicherweise durch viel jüngere Unterschiebungen erklärt werden können. Hier schiebt sich wahrscheinlich sehr flach die jüngere Farallon Platte bis weit östlich der Rocky Mountains Grenze und verzahnt sich kompliziert mit dem alten kratonischen Kontinent. Diese Ergebnisse in den USA stehen im Gegensatz zu dominierenden bisherigen Meinungen über die Kollision der Farallon Platte mit dem nordamerikanischen Kontinent. Die neue seismische Methode hat also schon in vielen Beispielen gezeigt, dass sie in der Lage ist, zu grundsätzlich neuen Modellen für die Struktur und Entwicklung der Kontinente zu führen. Momentan arbeiten wir mit der gleichen Methode im Alpenraum und haben auch hier schon Hinweise auf die Notwendigkeit neuer Interpretationen der Dynamik des Mantels, die natürlich auch für die Formen der Erdoberfläche wesentlich verantwortlich ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2012) Seismic receiver functions and the lithosphere-asthenosphere boundary. Tectonophysics 536-537, 25-43
Kind,R., Yuan, X. and Kumar, P.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.tecto.2012.03.005) - (2013) Scandinavia: A former Tibet? Geochem. Geophy. Geosy. 14, 4479-4487
Kind, R., Sodoudi, S., Yuan, X., Shomali, H., Roberts, R., Gee, D., Eken, T., Bianchi, M., Tilmann, F., Balling, N., Jacobsen, B.H., Kumar, P. And Geissler, H.W.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/ggge.20251) - (2013) Seismic evidence for stratification in composition and anisotropy within the thick lithosphere of Kalahari Craton. Geochem. Geophy. Geosy. 14, 12
Sodoudi, F., Yuan, X., Kind, R., Lebedev, S., Adam, J. M.-C., Kästle, E. and Tilmann, F.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/2013GC004955) - (2015) Receiver function images of the Hellenic subduction zone and comparison to microseismicity. Solid Earth 6, 135-151
Sodoudi, F., Brüstle, A., Meier, T., Kind, R., Friederich, W. and EGELADOS working group
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/se-6-135-2015) - (2015) Structure of the upper mantle in the north-western and central United States from USArray S receiver functions. Solid Earth 6, 957-970
Kind, R., Yuan, X. and Sodoudi, F.
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/se-6-957-2015) - (2015) Thickness of the lithosphere beneath Turkey and surroundings from S receiver functions. Solid Earth 6, 971-984
Kind, R., Eken, T., Tilmann, F., Sodoudi, F., Taymaz, T., Bulut, F., Yuan, X., Can, B. and Schneider, F.
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/se-6-971-2015)
