Die Dynamik der Lithosphäre unterhalb des Hangai-Gebirges in der westlichen Mongolei: dreidimensionale magnetotellurische Unterschungen und vierdimensionale thermomechanische Modellierungen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Becken
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282247421

Aufgrund seiner Entfernung zu aktiven Kontinentalrändern stellt das Hangai Gebirge in der westlichen Mongolei ein natürliches Laboratorium zur Untersuchung intrakontinentaler Gebirgsbildung dar. Solche großräumigen Hebungs- und Senkungsvorgänge sind seit Langem als wichtiger Bestandteil kontinentaler Tektonik bekannt. Die zugrunde liegenden Prozesse sind jedoch unklar und werden auch für das Hangai-Gebirge kontrovers diskutiert. Denkbare Szenarien umfassen thermisch aufsteigendes heißes Mantelmaterial (Plume-hypothese) oder uppwelling der Astenosphäre, magmatisches underplating, Delamination der Krustenbasis und lower crustal flow. Mit thermo-mechanischen Modellierungen können diese tektonischen Vorgänge realitätsnah simuliert werden. Um die verschiedenen geodynamischen Hypothesen testen zu können, müssen jedoch belastbare Rand- und Nebenbedingungen aus geophysikalischen und geologischen Modellen zur Verfügung stehen. Frühere und laufende geophysikalische Untersuchungen im Hangai-Gebiet umfassen Gravimetrie und Seismologie; magnetotellurische (MT) Daten zur Abbildung der elektrische Leitfähigkeitsverteilung der Lithosphäre fehlen bisher. Aufgrund der hohen Sensitivität der elektrischen Leitfähigkeit gegenüber Fluiden und Schmelzen in der Lithosphäre kann MT besonders aussagekräftige Parameter zur Kalibration thermo-mechanischer Modellstudien liefern. Mit diesem Antrag schlagen wir vor, die elektrische Leitfähigkeitsverteilung in der Kruste und im oberen Mantel unter dem Hangai-Gebirge aus MT-Messungen dreidimensional zu bestimmen. Die MT-Modelle liefern Abschätzungen der Fluid- und Schmelzgehalte in der Lithosphäre und tragen zur Identifikation rheologischer Schwächezonen in der Unterkruste bei. Die Hauptaspekte des Vorhabens umfassen die 1) Erfassung, Bearbeitung und dreidimensionale Inversion von MT Daten 2) die Ableitung von Randbedingungen für thermo-mechanische Modellierungen unter Berücksichtigung von laborgestützten Modellen zur Erklärung der elektrischen Leitfähigkeitsverteilung 3) vier-dimensionale thermo-mechanische Simulation zur Überprüfung der geodynamischen Hypothesen. Das Projekt ist als Gemeinschaftsvorhaben der ETH Zürich und der Universität Münster im Rahmen des D-A-CH Programmes konzipiert und wird in Kooperation mit dem Forschungszentrums für Astronomie und Geophysik (RCAG) der mongolischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt. Die Projektpartner vereinen Expertisen in der Durchführung, Auswertung und Inversion von MT, und in thermo-mechanischer Simulation. Die angestrebten Hauptergebnisse des Projektes sind 1) das erste 3D Leitfähigkeitsmodell der Lithosphäre unter dem Hangai-Gebirges in der Mongolei 2) ein mit den geophysikalisch-geologischen Beobachtungen konsistentes geomorphologisch-thermo-mechanisches Modell der intrakontinentalen Deformation der Lithosphäre, des Magmatismus und der dynamischen Topographie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Alexey Kuvshinov
• Kooperationspartner: Professor Dr. Taras Gerya; Privatdozent Dr. Amir Khan