Sektion 2.5: Geodynamische Modellierung

The images illustrate the plate speed-up of South America, Australia, and North America during the fragmentation of Pangea. The process is linked to the rift-induced damage of the breaking continent, as illustrated in the lower right image.

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

November 2020: Willkommen Dr. Elodie Kendall

Wir freuen uns, unser neues Sektionsmitglied, Dr. Elodie Kendall , bei uns begrüßen zu dürfen.  Elodie schloss ihre Doktorarbeit am University College London ab, wo sich ihr Promotionsstudium auf die Kombination von Mantel-Konvektionsmodellen mit Berechnungen der Gesteinsstruktur konzentrierte, um Merkmale in der seismischen Tomographie besser zu verstehen. Insbesondere verwendete sie seismische Vorwärts- und inverse Modellierungstechniken, um die Anisotropie im oberen Mantel des Pazifiks zu beurteilen sowie Ridge-Flow-Modelle einschließlich Plumes, um die verschiedenen Mechanismen hinter diesen Merkmalen zu identifizieren. In unserer Sektion wird Elodie an der Hypothese arbeiten, dass Oberflächenprozesse (Erosion/Sedimentation, Verwitterung, Klima) die Entstehung und Entwicklung der Plattentektonik (Sobolev und Brown, 2019) weitgehend kontrollierten und zwar unter Verwendung der Modellierung sowie vorhandener und neuer geochemischer Daten.

 

November 2020: Willkommen Dr. Charitra Jain

Wir freuen uns, unser neues Sektionsmitglied, Dr. Charitra Jain ,  bei uns begrüßen zu dürfen. Sein übergreifendes Forschungsinteresse liegt darin, unser Verständnis der planetarischen Entwicklung mit Hilfe von geodynamischen Modellen voranzubringen. In unserer Sektion wird er im Rahmen des ERC-Projekts MEET daran arbeiten, Modelle der frühen Erdentwicklung unter Verwendung neuer geochemischer und geologischer Daten zu testen. Bevor er zum GFZ Potsdam kam, arbeitete er als Postdoctoral Research Associate an der Durham University, um die Bildung der kratonischen Lithosphäre (alte kontinentale Kerne) in globalen Mantel-Konvektionsmodellen zu untersuchen. Diese Modelle wurden durch petrologische Daten wie die Bedingungen des magmatischen Protolithen P-T und die Magnesiumzahl der archaischen Peridotite eingeschränkt. Während seiner Doktorarbeit an der ETH Zürich erweiterte er die Schmelzparametrisierung im Konvektionscode StagYY, um die Urkontinentalkruste der Erde (TTG-Gesteine) selbstkonsistent zu erzeugen. Ein zentrales Ergebnis dieser Forschungsbemühungen war ein zweistufiges Wachstum von TTG ohne die Notwendigkeit einer subduktionsgetriebenen Plattentektonik. Darüber hinaus hat er den Einfluss der Kerntemperatur, der kontinentalen Größe und der radiogenen Erwärmung auf die Erwärmung des subkontinentalen Erdmantels quantifiziert und aufgeklärt. 

Warum rotiert die Victoria-Kontinentalplatte

Juni 2020 - Das Ostafrikanische Grabensystem (engl. East African Rift System, EARS) ist eine sich neu bildende tektonische Plattengrenze, an der der afrikanische Kontinent in mehrere Platten aufgeteilt wird. Es handelt sich jedoch dabei nicht um einen sauberen Bruch. Das System umfasst mehrere Spaltarme und eine oder mehrere kleinere so genannte Mikroplatten. Laut GPS-Daten bewegt sich die Victoria-Mikroplatte im Gegensatz zu den anderen beteiligten Platten im Gegenuhrzeigersinn relativ zu Afrika. Frühere Hypothesen haben nahe gelegt, dass diese Drehbewegung durch die Wechselwirkung eines Mantelplumes - ein nach oben gerichteter Strom von heißem Gestein im Erdmantel - mit dem dicken Kraton, also dem Kernbereich der Mikroplatte und dem Riftsystem angetrieben wird. Nun aber haben Forschende des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ in Potsdam rund um Anne Glerum  Hinweise gefunden, die darauf hindeuten, dass vorwiegend die Konfiguration von schwächeren und stärkeren lithosphärischen Regionen die Drehung der kontinentalen Mikroplatten und insbesondere von Victoria steuert. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

https://www.nature.com/articles/s41467-020-16176-x

European Research Council Synergy Grant 2019 MEET finanziert

Mai 2020 - Alexander Sobolev (IsTerre, Grenoble), Stephan Sobolev  (GFZ Potsdam) und John Valley (University of Wisconsin, Madison) haben gemeinsam einen ERC (European Research Council) Synergy Grant im Wert von 12.8 Millionen Euro über einen Zeitraum von sechs Jahren (2020-2026) erhalten um die Evolution der chemischen Zusammensetzung der Erde und die darunterliegenden physikalischen Prozesse von vor 4.4 Billionen Jahren bis heute in dem Projekt “Monitoring Earth Evolution through Time” (MEET) zu untersuchen.

mehr erfahren ...

Juni 2019 - Unser Artikel in Nature legt nahe, dass die Entstehung und Entwicklung der Plattentektonik auf der Erde nicht nur durch tiefe Prozesse wie die Konvektion des Mantels und die langfristige Abkühlung des Mantels, sondern auch durch große Ereignisse der Oberflächenerosion gesteuert wurde. Die damit verbundenen massiven kontinentalen Sedimente wirkten als Schmiermittel für die Subduktion von Platten und stabilisierten so die Subduktion und Plattentektonik seit etwa 3 Ga mehrmals in der Geschichte der Erde. Das größte Oberflächenerosionsereignis, das möglicherweise mit 'Snowball Earth'-Vereisungen um 0,7-0,6 Ga zusammenhängt, erzeugte die globale geologische Grenze namens 'Great Unconformity' und leitete die moderne aktive Phase der Plattentektonik ein: Stephan Sobolev and Michael Brown, "Surface erosion events controlled the evolution of plate tectonics on Earth”. Nature 570, 52-57 DOI: 10.1038/s41586-019-1258-4

mehr erfahren

Arbeitsgruppen

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

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

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

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

 

 

Sascha Brune
Sektionsleiter
Priv. Doz. Dr. Sascha Brune
Geodynamische Modellierung
Albert-Einstein-Straße 42-46
Gebäude A 46, Raum 202
14473 Potsdam
+49 331 288-1928
Zum Profil