Array study of the Reunion hotspot region from the mantle transition zone to the core-mantle boundary
Final Report Abstract
Im Rahmen des RHUM-RUM Projektes sollte in diesem Projekt PP, SS und SP Vorläufer benutzt werden, um die Tiefe der seismischen Manteldiskontinuitäten in 410 und 660 km Tiefe zu untersuchen. Ziel des Projektes war es, den Ursprung und Weg des Aufstroms unter La Réunion zu finden, sowie Manteldiskontinuitäten im weiteren Indischen Ozean zu untersuchen. Dazu wurden seismischen Aufzeichnungen von temporären und permanenten Netzwerken genutzt, für die seismische Wellen und Reflexionspunkte den Indischen Ozean abdecken. Die Manteldiskontinuitäten in 410 und 660 km Tiefe werden durch Mineralphasenübergänge erklärt und ihre Tiefe wird durch Temperatur und teilweise (660 km Diskontinuität) auch von der vorhandenen Mineralogie beeinflusst. Eine Analyse der Tiefen der Diskontinuitäten kann daher Temperaturanomalien aufzeigen. Da SS und PP Vorläuferdaten zu wenig Abdeckung im Bereich von La Réunion zeigten, aber mehr Reflexionspunkte unter dem südlichen Teil Indiens zeigten, wurde im ersten Teil des Projektes die Manteldiskontinuitäten im Bereich der Indischen Geoidanomalie genauer betrachtet. Diese Geoidanomalie ist die größte bekannte Anomalie und bisherige Untersuchungen postulierten tiefe Subduktion als Grund für die Anomalie. Es zeigte sich in unseren Daten, das im Bereich der Mantelübergangszone eine heiße Anomalie zu finden ist, die direkt unterhalb der Geoidanomalie in der Mantelübergangszone liegt. Weiterhin findet sich weiter südlich kaltes Material, welches durch Subduktion erklärt werden kann. Unsere Erklärung für die Größe der Geoidanomalie ist eine Kombination von heißem Material in der Mantelübergangszone in Verbindung mit kaltem Material im unteren Erdmantel. Beide Fälle erzeugen eine Absenkung des Geoids und durch die konstruktive Überlagerung wird die Größe der Anomalie erzeugt. Um mehr Reflexionspunkte im Indischen Ozean zu erhalten, sollte die Welle SP und deren Vorläufer benutzt. SP reflektiert nach ¾ des Weges statt wie SS und PP nach der Hälfte des Weges. SP Wellen wurden bisher noch nicht zur Untersuchung der Manteldiskontinuitäten herangezogen, sie zeigen jedoch oft große Amplituden. Zusätzlich zu einem Frequenz- Wellenzahl Filter wurde ein Polarisationsfilter entwickelt, der es erlaubt, SP von PS Daten zu separieren, die mit ähnlicher Laufzeit und Auftauchwinkel ankommen. Die Methode der SP Vorläufer wurde erst an Daten des US-Arrays getestet, da das US Array erlaubt, eine große Anzahl von Stationen zu nutzen. Wir zeigten, dass SP Wellen und deren Vorläufer zur Untersuchung von Manteldiskontinuitäten untersucht werden können und es zeigt sich, dass die Ergebnisse für die Tiefen der Manteldiskontinuitäten, die mit SP Vorläufern gewonnen werden konnte, mit früheren Ergebnissen aus Receiverfunction-Analyse oder PP und SS Vorläufern übereinstimmen. Die SP Wellen und ihre Vorläufer wurden dann auf Daten angewendet, mit denen der Indische Ozean untersucht werden konnte. Leider konnten Daten des RHUM-RUM Experiments nicht verwertet werden, da das Signal-Stör-Verhältnis für SP Datennutzung nicht gut genug war. Arrays in Afrika und China und angrenzenden Gebieten ergaben jedoch eine zusätzliche Anzahl von Reflexionspunkten in der Region von La Réunion. Die Ergebnisse von SS, PP und SP Vorläufern stimmen gut überein und es zeigt sich, dass unter La Réunion eher kaltes Material im oberen Teil der Mantelübergangszone zu finden ist (tiefere 410 km Diskontinuität), während in der Tiefe um 660 km vermutlich wärmeres Material zu vorhanden ist (die Diskontinuität bei 660 km ist in kleineren Tiefen zu finden). Im Vergleich mit anderen Arbeiten aus dem RHUM-RUM Projekt erklären wir unsere Daten damit, dass der Aufstrom unter La Réunion nicht direkt unterhalb des Vulkans aufsteigt sondern dass der Vulkan Piton de la Fournaise auf La Réunion von seitlich aufsteigendem Material genährt wird.
Publications
- A hot mid-mantle anomaly in the area of the Indian Ocean Geoid Low, Geophys. Res. Lett., 44, 6702-6711
Reiß, A-S., C. Thomas, J. van Driel, B. Heyn
(See online at https://doi.org/10.1002/2017GL073440) - Resolution Improvement and Reconstruction of Global Seismic Data using fk-Methods, Geophys, J. Int., 212, 1288-1301
Schneider S., C. Thomas, R.M.H. Dokht, Y.J. Gu, Y. Chen
(See online at https://doi.org/10.1093/gji/ggx477) - Using SP precursor waves to detect upper mantle discontinuities, GJI, 215, 1914-1929
Reiß, A-S, Thomas, C., Lecocq, T.
(See online at https://doi.org/10.1093/gji/ggy369)
