Sektion 2.5: Geodynamische Modellierung

Unser Ziel ist es, das Verständnis von geodynamischen Prozessen innerhalb der festen Erde und ihren Ausdruck an der Oberflächen auf einem breiten räumlichen und zeitlichen Spektrum durch fortgeschrittene numerische Modellierung zu verbessern. Unsere Forschungsschwerpunkte liegen sowohl an den Plattengrenzen als auch innerhalb der Platten, im tiefen Mantel ebenso wie an der Oberfläche. Randbedingungen für unsere Modelle sind multidisziplinäre Oberflächenbeobachtungen, die vom GFZ und der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft erworben wurden. Wir suchen nach praktischen Anwendungen der Grundlagenforschung, wie Tsunami-Frühwarnung und Gefahrenbeurteilung. Um unsere Ziele zu erreichen, entwickeln wir eigene numerische Methoden und Werkzeuge, aber verwenden auch umfangreiche numerische Techniken, die von der internationalen Gemeinschaft zur Verfügung gestellt werden.

Neuigkeiten

Juni 2022: Willkommen Dr. Zoltán Erdös

Wir freuen uns,  unser neues Sektionsmitglied, Dr. Zoltán Erdös, begrüßen zu dürfen. Zoltán kommt von der RWTH Aachen und wird an seinem Projekt weiterarbeiten, welches er mit Prof. Dr. Susanne Buiter über die numerische Modellierung des Wilson-Zyklus begonnen hat. Sein Projektziel ist es, unser Verständnis dafür zu erweitern, wie lithosphärische Strukturen die Entwicklung von kontinentalen Rifts beeinflussen, indem er Subduktion, Akkretion und thermische Equilibrierung modelliert, bevor er die resultierende Gebirgsstruktur einer lithosphärischen Dehnung unterzieht. Nach seinem Studium der Geophysik an der Eötvös Loránd Universität (Ungarn) promovierte Zoltán an der Universität Bergen (Norwegen) in Zusammenarbeit mit der Université Grenoble Alpes (Frankreich) über die numerische Modellierung der Wechselwirkungen von Oberflächenprozessen und Tektonik in einem orogenen Umfeld. Anschließend kehrte Zoltán Erdöas nach Budapest zurück, um ein Projekt zur numerischen Modellierung von Back-arc Rifting zu leiten, bevor er an die RWTH Aachen wechselte, um sein aktuelles Projekt zu beginnen.

März 2022: Willkommen Dr. Frank Zwaan

Wir freuen uns, unser neues Sektionsmitglied, Dr. Frank Zwaan,  begrüßen zu dürfen. Frank Zwaan, der vom Institut für Geologie der Universität Bern nach Potsdam kommt, hat ein dreijähriges Stipendium des diesjährigen GFZ Discovery Fund erhalten. Franks Projekt hat zwei Ziele: Zum einen geht es um die Anwendung von numerischen Modellen im Lithosphären-Maßstab. Dies, um zu entschlüsseln, wie plattentektonische Prozesse Mantelmaterial freisetzen können. Zum anderen geht es um die Bewertung des Potenzials für die Erzeugung von Wasserstoff aus solchem freigesetzten Mantelmaterial, denn es stellt eine vielversprechende, bisher aber weitgehend übersehene Quelle für grüne Energie dar. Frank Zwaan wird in der GFZ-Sektion 2.5 forschen und unter anderem mit den GFZ-Sektionen 4.1 – ‚Lithosphärendynamik‘ und 4.8 – ‚Geoenergie‘ eng zusammenarbeiten. Nach dem Studium der Geologie und Tektonik promovierte Frank an der Universität Bern über die analoge Modellierung der kontinentalen Rifttektonik. Im Anschluss startete er an der Universität Florenz ein multidisziplinäres Forschungsprojekt zum Kontinentalbruch in Äthiopien, bevor er für ein Forschungsprojekt, welches die analoge Modellierung von Rifting-Prozessen im lithosherischen Maßstab zum Thema hatte, nach Bern zurückkehrte.

 

Dezember 2021: Willkommen Prof. Dr. Ameha Muluneh

Wir freuen uns, unser neues Sektionsmitglied, Prof. Dr. Ameha Muluneh, im Rahmen eines eineinhalbjährigen Georg-Forster-Forschungsstipendium bei uns begrüßen zu dürfen. Ameha lehrt an der Addis Ababa University Tektonophysik, Strukturgeologie und Paläomagnetismus. Im letzten Jahr wurde ihm der „AGU Africa Award for Research Excellence in Earth Science“ verliehen. Ameha Muluneh ist spezialisiert auf geologische und geophysikalische Methoden zur Untersuchung von Riftdynamik. Er wird sich mit der Dynamik der Deformation im nordöstlichsten Teil des Ostafrikanischen Grabenbruchs befassen und der Frage nachgehen, wie sich die drei großen Riftarme des Äthiopischen Rifts, des Roten Meeres und des Golfs von Aden in der Afar Region miteinander verbinden. Dazu wird Prof. Muluneh GNSS Daten und geodynamische Modellierung kombinieren.

 

November 2021: EGU General Assembly OSPP Award für Pauline Gayrin

Unser ehemaliges Sektionsmitglied Pauline Gayrin (Dezember 2019 - Juli 2020) wurde mit der "2021 Virtual Outstanding Student and PhD candidate Presentation" (vOSPP) der EGU ausgezeichnet. Pauline Gayrin ist jetzt Studentin im Masterstudiengang Geodynamik an der Université Grenoble-Alpes. Das auf der vEGU präsentierte Projekt ist die Fortsetzung ihrer Bachelorarbeit, die unter der Leitung von Dr. Thilo Wrona und Dr. Sascha Brune durchgeführt wurde. Auf der vEGU 2021 präsentierte Pauline Gayrin ihren Python-basierten Arbeitsablauf zur Extraktion von Verwerfungslinien aus hochauflösenden topographischen TanDEM-X-Daten des Magadi-Natron-Beckens im Ostafrikanischen Riftsystem. Die strukturelle Analyse leitet automatisch wichtige Verwerfungsparameter wie Störungsorientierung, vertikalen und horizontalen Versatz von Hunderten von Riftstörungen ab und quantifiziert so die Muster der neotektonischen Aktivität in dieser Region.

 

November 2021: Willkommen ZhiChen Wang

Wir freuen uns, unser neues Sektionsmitglied, ZhiChen Wang , bei uns begrüßen zu dürfen. ZhiChen promoviert an der Universität Peking und wird für ein Jahr als CSC-Stipendiat bei uns sein. Seine Forschungsinteressen liegen in der Simulation der langfristigen Deformation der kontinentalen Lithosphäre mit Hochleistungsrechnern. In den letzten zwei Jahren legte er den Schwerpunkt seiner Arbeit auf die Tektonik an gerifteten Kontinentalrändern, insbesondere im Südatlantik, und weitete seine Forschung auf den Mechanismus der Salzverformung aus. In unserer Sektion wird er numerische Modelle verwenden, um die Salzstrukturen gerifteter Kontinentalränder zu reproduzieren und zu verstehen, indem er tektonische und gravitative Deformation, Oberflächenprozesse und komplexe Rheologie berücksichtigt.

 

 

August 2021: Prof. Dr. Stephan Sobolev wurde in die renommierte Academia Europaea gewählt

Die Academia Europaea fördert weltweit herausragende wissenschaftliche Leistungen in den Geistes-, Rechts-, Wirtschafts-, Sozial- und Politikwissenschaften sowie den Natur- und Technikwissenschaften. Durch ihre Arbeit sollen Erkenntnisse der Wissenschaften weiterverbreitet, verstanden und in die Öffentlichkeit getragen werden. Die Aufnahme in die Academia Europaea erfolgt ausschließlich auf Einladung und nach einem strengen Auswahlverfahren durch die jeweilige Fachgruppe. Prof. Stephan V. Sobolev ist momentan Principal Investigator des ERC Synergy Grant für das Projekt MEET (Monitoring Earth Evolution through Time, 2020-2026).

 

Juli 2021: Veröffentlichung über Plume-induzierte Plattenrotation, die Subduktion initiiert

Vor rund 105 Millionen Jahren spaltete sich die Indische Platte auf einer Länge von 7.500 Kilometern von der Afrikanischen Platte ab. In einem in Nature Geoscience veröffentlichten Artikel wird ein Mantelplume als Auslöser identifiziert. Den Erkenntnissen zufolge bewegte sich die Indische Platte nicht einfach weg von Afrika, sondern drehte sich dabei. Grund dafür ist der Subkontinent, dessen Landmasse auf der weit größeren Platte wie eine Achse wirkt, um die sich die gesamte Platte dreht. Im Süden öffnete sich die Schere, im Norden schloss sie sich – dort wurden Gebirgsbildungsprozesse und das untereinander Abtauchen von Krustenplatten („Subduktion“) induziert. Dr. Bernhard Steinberger hat berechnet, welche Bewegung und welchen Druck der Supervulkan nahe dem heutigen Madagaskar weiter im Norden an der Arabischen Halbinsel und im jetzigen Mittelmeerraum bewirken konnte.

Arbeitsgruppen

Riftsysteme und Entstehung passiver Kontinentalränder

Rifting der kontinentalen Kruste findet dort statt, wo die Erdplatten wie im Ostafrikanischen Grabensystem gedehnt werden. In Folge des Zerbrechen eines Kontinents bilden sich zwei passive Kontinentalränder entlang eines neuen Meeresbeckens. Wir untersuchen die Dynamik kontinentaler Rifts und passiver Kontinentalränder durch Kombination numerischer Simulationen mit geophysikalischen und geologischen Beobachtungen. Zu diesem Zweck modellieren wir Prozesse, die von Mantelkonvektion und Mantelplumes über Lithosphärendeformation an Plattengrenzen bis hin zur Spannungslokalisierung auf der cm-Skala reichen.

Webseite der Arbeitsgruppe CRYSTALS

Dynamik der frühen Erde und Entwicklung der Plattentektonik

Die Plattentektonik ist der wichtigste geologische Prozess auf der Erde, der ihre Oberfläche formt und sie einzigartig unter den Planeten im Sonnensystem macht. Doch wie die Plattentektonik auf der Erde entstanden ist, welche tektonische Prozesse vorher eine Rolle spielten und welche Faktoren die Entwicklung der Plattentektonik in der Erdgeschichte gesteuert haben, bleibt umstritten. Wir gehen diesen Fragen im Rahmen des ERC Synergy Grant-Projekts MEET (Monitoring of Earth Evolution through Time) nach, indem wir numerische Modellierung verwenden, um verschiedene geodynamische Hypothesen mit neuen geochemischen Daten zu testen.

Website der Arbeitsgruppe Dynamik der frühen Erde und Entwicklung der Plattentektonik

Globale Geodynamische Modellierung

Der Erdmantel verhält sich über längere geologische Zeiträume wie eine sehr zähe Flüssigkeit. Kalte Erdplatten tauchen von der Oberfläche zur Kern-Mantel-Grenze ab, und heisses Material steigt von dort auf in Form von Mantelplumes und als großräumige Ausströme. Wir versuchen durch numerische Modellierung mit verschiedenen Beobachtungsdaten, insbesondere aus der Seismologie, Geodäsie und Mineralphysik als Randbedingungen, Vorgänge im Erdinneren besser zu verstehen. Insbesondere untersuchen wir den Zusammenhang von Mantelkonvektion und Plattentektonik, wir beschäftigen uns mit der Rolle von Mantelplumes und ihrem Einfluss auf die Lithosphäre, und wir untersuchen den Anteil der echten Polwanderung an den Bewegungen an der Erdoberfläche.

Webseite der Arbeitsgruppe  Globale Geodynamische Modellierung

Subduktion über die Skalen hinweg

Subduktion ist ein Schlüsselprozess der Plattentektonik. Wir entwickeln thermomechanische Subduktionsmodelle in einem großen Bereich von zeitlichen Skalen, von Minuten (Erdbeben) über Erdbebenzyklen (Jahrhunderte) und mehrere seismische Zyklen (Jahrtausende) bis hin zu Langzeitentwicklungen über Millionen von Jahren. Wir untersuchen wie der Beginn von Subduktionszonen in der frühen Erde und in heutigen Umgebungen stattfindet, einschließlich passiver Kontinentalränder und ozeanischer Becken. Wir modellieren auch den Effekt der Subduktion auf die Verformung der kontinentalen, nicht-subduzierenden Platte zum Beispiel in den südamerikanischen Anden.

Webseite der Arbeitsgruppe Subduktion über Skalen hinweg

Tsunami Gefährdung und Frühwarnung

Seit dem Mega-Erdbeben vor Sumatra (2004) und dem daraus folgenden Killer-Tsunami im Indischen Ozean leistet das GFZ Forschung- und Entwicklungsarbeit in den Bereichen Tsunami-Gefährdungsanalyse und -Frühwarnung. Die Sektion 2.5 “Geodynamische Modellierung” unterstützt diese Aktivitäten mittels numerischer Simulationen von Tsunami Generierung, Ausbreitung und Küstenaufprall. Wir verwenden sowohl deterministische als auch probabilistische Ansätze. Darüber hinaus beteiligt sich die Sektion 2.5 an der methodischen Entwicklung der innovativen GNSS-basierten Technologie zur Tsunami Frühwarnung.

Webseite der Arbeitsgruppe Tsunami Gefährdung und Frühwarnung

 

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