Abschätzung des Wassergehaltes des subduzierenden Mantels mit konvertierten seismischen Wellen

• Antragsteller: Dr. Wasja Bloch
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449279512

Tektonische Platten enthalten Wasser, das durch Subduktion ins Erdinnere gelangt. Dort ist es an einer Reihe wichtiger Prozesse beteiligt ist, etwa an der Lubrikation der Plattengrenze, an Schmelzbildung und Vulkanismus, sowie an Mantelkonvektion und damit schließlich Plattentektonik. Während der Wassergehalt der Sedimente und der ozeanischen Kruste gut durch Bohrungen belegt werden konnte, ist die Wassermenge die im lithosphärischen Mantel gebunden ist nur schlecht bestimmt. Es ergeben sich die Fragestellungen: Wie viel Wasser befindet sich im subduzierenden Erdmantel? Wie veränderlich ist diese Menge zwischen verschieden Subduktionszonen? Welche Faktoren bestimmen den Grad der Mantelhydratation?Die Auswertung von Seismogrammen die oberhalb von subduzierenden Platten aufgenommen wurden zeigt eine P-zu-S Konversion des eintreffenden Wellenfeldes. Sie geht auf einen Materialkontrast zurück, der sich in etwa der gleichen Tiefe befindet bis zu der eine Hydratisierung der subduzierenden Platte angenommen wird. Die Eigenschaften der Konversion weisen auf den elastisch anisotropen Charakter der Schicht darüber hin. Das Anisotropiemuster ist dabei dergestalt, dass es vermutlich zu einem Teil während der Entstehung der Lithosphäre durch Ozeanbodenspreizung erworben wurde und zu einem anderen Teil auf die Hydratisierung des Mantels während der Biegung der Platte vor der Subduktion zurück geht. Damit ist das Konversionssignal dazu geeignet den Wassergehalt des Mantels unterhalb einer seismischen Station abzuschätzen.Ich schlage vor, das Konversionssignal auf seismischen Land-Stationen entlang aller konvergenten Plattenränder weltweit in Hinblick auf die Dicke und den elastischen Tensor der möglicherweise hydratisierten Schicht auszuwerten. Ich möchte weiterhin einen Algorithmus entwickeln, der nach der Lithologie sucht, die den so gefundenen elastischen Tensor am besten beschreibt. Das Ergebnis dieser Untersuchung ist die Lithologie, und damit der Wassergehalt, des subduzierenden Mantels im Umkreis eines jeden untersuchten Standortes.Die so gewonnene Zusammenstellung des subduzierenden Mantelwassers kann verwendet werden, um Hypothesen darüber zu testen, welchen Einfluss die Wasserzufuhr auf verschiedene Prozesse im Erdinneren hat. Die Faktoren die zur Hydratisierung des Erdmantels beitragen können ermittelt werden. Die Rate mit der Wasser subduziert kann genauer abgeschätzt werden und die Bilanzierung des inneren Wasserkreislaufes der Erde genauer vorgenommen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Kanada, USA
• Gastgeberinnen / Gastgeber: Professor Dr. Pascal Audet; Professor Dr. Michael Bostock; Professorin Dr. Sarah Brownlee