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Untersuchung der Lithosphäre des Dronning Maud Landes, Antarktis, mit geophysikalischen Methoden

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Bayer, B. (2007): Untersuchung der Lithosphäre des Dronning Maud Landes, Antarktis, mit geophysikalischen Methoden , PhD thesis, Universität Bremen.
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Das Untersuchungsgebiet Dronning Maud Land (DML) umfasst einschließlich des Weddell Meeres und der Lazarev See in etwa das Gebiet zwischen der geographischen Länge 15°W und 15°E und der geographischen Breite 68°S und 75°S - eine Fläche von über 1.500.000 qkm. Geologisch und tektonisch betrachtet prägten drei markante Ereignisse das heutige DML: Erstens die Grenvillische Orogenese vor ca. 1.1 Ga, verursacht durch die Bildung des Großkontinentes Rodinia, zweitens die Panafrikanische Orogenese vor ca. 500 Ma, die durch den Zusammenstoß von West- und Ostgondwana den Großkontinent Gondwana formte, und drittens der Zerfall Gondwanas vor ca. 180 Ma, der in der heutigen Lazarev See initiiert worden war. Die Grundlage dieser Arbeit bilden seismologische, refraktionsseismische und aerogravimetrische Datensätze, durch deren Kombination sich der strukturelle Aufbau ebenso wie die räumliche Variation der Lithosphärenmächtigkeit untersuchen lässt. Letztere ist essentiell für die Bestimmung des regionalen Geoids, welches das Hauptziel des VISA-Projektes ist. Im Rahmen dieses Projektes wurden unter anderem flugzeuggestützte Potentialfeld-, Eisradar- und GPS-Messungen durchgeführt und zudem an ausgewählten Orten im DML seismographische Stationen temporär ausgebracht. Mithilfe der an diesen seismographischen Stationen aufgezeichneten Erdbebenwellen konnten trotz der sehr kurzen Registrierzeiten mit seismologischen Methoden Rückschlüsse über Struktur und Dynamik des tieferen Untergrundes erhalten werden. Durch eine Analyse der seismischen Anisotropie, welche die Aufspaltung von Scherwellen beim Durchgang durch ein anisotropes Medium untersucht sog. shear wave splitting, konnte auf vergangene und rezente großflächige Deformationsprozesse im Oberen Erdmantel geschlossen werden. Die Ergebnisse dieser Analyse sind im Untersuchungsgebiet nicht einheitlich, gemeinsam haben sie jedoch ihre Ursache in den vergangenen Deformationsprozessen und nicht in einer rezenten Plattenbewegung. Im Speziellen verweist die abrupte Richtungsänderung der Schnellen Achsen im Bereich der Heimefront Scherzone (westliches DML) auf eine Suturzone, die die mesoproterozoische Maudheim-Provinz von dem südlich angrenzenden Ostantarktischen Kraton trennt. Die beobachtete Aufspaltung der Scherwellen in den Aufzeichnungen der russischen Station Novolazarevskaya (Novo, zentrales DML) kann mit einem doppelschichtigen Anisotropiemodell des Oberen Mantels erklärt werden. Inkonsistente Ergebnisse für die südafrikanische Station Sanae IV (SNAA) verweisen auf eine kompliziertere Struktur des tieferen Untergrundes.Mithilfe der Berechnung von Receiver Funktionen, die auf der Konversion von teleseismischen P- zu S-Wellen an seismischen Diskontinuitäten beruhen, konnten neben der Bestimmung der Krustenmächtigkeiten auch die v_p/v_s-Verhältnisse ermittelt werden. Letztere sind im Untersuchungsgebiet nicht einheitlich und klassifizieren die Krustenzusammensetzung des zentralen DML als felsisch und die des westlichen DML als mafisch. Basaltische Intrusionen, die vermutlich auf den Gondwanazerfall im Jura zurückzuführen sind, erklären das erhöhte v_p/v_s-Verhältnis für die Station SNAA. Die ermittelten Krustenmächtigkeiten zeigen, wie auch bereits publizierte refraktionsseismische Krustenquerschnitte im Untersuchungsgebiet, einen Kruste-Mantel-Übergang (Moho), der von der KÜste ausgehend in sÜdliche Richtung kontinuierlich abfällt. Unter den Gebirgszügen der Heimefrontfjella und des Wohlthat-Massives nimmt die Krustenmächtigkeit einen maximalen Wert von 50 km an. Orogene Wurzeln deuten sich zwar an, sie sind aber aufgrund fehlender Randbedingungen vor allem südlich der Gebirgszüge nicht mit Bestimmtheit zu identifizieren. Ein Vergleich der Mohotiefen mit anderen Fragmenten Gondwanas, z.B. mit dem südlichen Afrika, zeigt eine große Ähnlichkeit.Im Kottasgebirge (westliches DML) wurde im Südsommer 1989/90 ein refraktionsseismisches Experiment durchgeführt. Das Profil verlief vom nördlichen Vorland über das Escarpment der Heimefrontfjella bis zum südlich anschließenden Plateau. In der Mohotopographie zeigt sich eine Stufe, die mehrere Kilometer hoch ist und als eine Suturzone interpretiert wird. Sie trennt das kibarische Kottasgebirge vom südlich anschließenden Ostantarktischen Kraton. Diese lokalen Informationen mündeten als Randbedingungen in eine 3D-Schweremodellierung, die schließlich eine flächendeckende Kartierung der Moho ermöglichte.

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