Sektion 2.5: Geodynamische Modellierung

Sektionsleiter: Dr. Stephan V. Sobolev

Unser Ziel ist die quantitative Analyse von Schlüsselprozessen der festen Erde in einem großen Bereich räumlicher und zeitlicher Skalen an Plattengrenzen (Subduktion, Kollision, Rifting, Transformstörung), innerhalb der Platten (Mantel-Plumes und Magmatische Großprovinzen) und im tieferen Erdmantel (Mantelkonvektion). Wir stützen uns dabei auf multidisziplinäre Beobachtungen des GFZ und der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft.

Auch die Geowissenschaften profitieren von den rasanten Fortschritten in der Computertechnik. In der Sektion 2.5 setzen wir moderne, leistungsstarke Rechner ein, um die Bewegungen im Inneren der Erde zu simulieren. Wir liefern dabei innovatives know how auf dem Gebiet der thermomechanischen Modellierung. Unsere Spezialität sind Modelle, mit denen wir das Zusammenspiel jener Vorgänge nachahmen, die auf völlig unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen ablaufen. Diese skalenübergreifenden Modelle dienen unter anderem der dreidimensionalen Untersuchung von Deformationsprozessen an Plattengrenzen. Außerdem tragen wir mit unserer Modellierung zum Verständnis und der Einschätzung von Naturgefahren, wie Erdbeben und Tsunamis, bei.

Die dynamischen Vorgänge in der Erde entziehen sich nicht nur deshalb der direkten Beobachtung, weil sie sich in unzugänglichen Tiefen abspielen. Sie geschehen auch auf Zeitskalen, die weit außerhalb der menschlichen Wahrnehmung liegen. So rasen die Brüche von Erdbeben mit Geschwindigkeiten von etwa 10.000 Kilometern pro Stunde durch Verwerfungszonen. Die riesigen Lithosphärenplatten bewegen sich dagegen noch langsamer als ein Fingernagel wächst. Geowissenschaftler müssen deshalb mit Bruchteilen von Sekunden ebenso umgehen können wie mit Zeiträumen von Millionen von Jahren.

In unserer Sektion haben wir numerische Methoden entwickelt, diese derart unterschiedlich schnellen dynamischen Vorgänge auf dem Computer zu simulieren. Damit ahmen wir beispielsweise Bruchvorgänge bei Erdbeben nach. Unter anderem dienen die dabei berechneten Ergebnisse als Eingangsparameter für die Modellierung von Tsunamis im Rahmen des Deutschen Tsunami-Frühwarnsystems in Indonesien.

Besonders sind wir aber an der Simulation jener Deformationen in Erdkruste und Mantel interessiert, die immer dort auftreten, wo mehrere Lithosphärenplatten zusammenstoßen, beispielsweise an Transformstörungen oder Subduktionszonen. Dabei entsteht Wärme, die Einfluss auf das mechanische Verhalten von Gesteinen hat und gleichzeitig zu petrologischen Änderungen führt. Weil wir in unseren Simulationen diese thermomechanischen und petrophysikalischen Veränderungen berücksichtigen, sind die Ergebnisse besonders realistisch. Sie dienen deshalb auch als Grundlage für ein neues Tsunami-Warnsystem, das GPS-Shield, welches hauptsächlich auf GPS-Messungen von Krustendeformationen basiert. Weil unsere Modellierungsverfahren zahlreiche Eingangsparameter berücksichtigen, helfen sie auch dabei, geophysikalische, geologische und geochemische Messungen gemeinsam auszuwerten und zu interpretieren. 

Kontakt

Dr. Stephan V. Sobolev

Leiter der Sektion 2.5
Geodynamische Modellierung

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