Helmholtz-Zentrum Deutsches Geoforschungszentrum

Zusammenhang von Mantelkonvektion und Lithosphärendynamik auf Erde, Mond und Planeten

Mantelkonvektion liefert die Antriebskräfte für tektonische Plattenbewegungen auf der Erde. Indem wir die Übereinstimmung zwischen numerischen Modellergebnissen und Beobachtungsdaten optimieren (Abbildung 1), können wir die Reibung an den Plattengrenzen und die Asthenosphärenviskosität genauer bestimmen (Osei Tutu et al., in press). Wir modellieren auch lithosphärische Spannungen (Osei Tutu et al., 2017), vertikale Verschiebung der Lithosphäre – sogenannte dynamische Topographie (Steinberger, 2016) und das Geoid (Ghosh et al., 2017), die alle mit Beobachtungen verglichen werden können. Ein wichtiger Bestandteil solcher Modelle ist die Lithosphärendicke (Steinberger und Becker, 2016). Eine große Diskrepanz besteht für die dynamische Topographie beim sphärisch-harmonischen Grad 2: Wegen Dichteanomalien im unteren Mantel sagt das Modell eine viel größere Amplitude voraus als beobachtet (Steinberger et al, in press; Abbildung 2). Wir erweitern unsere Modelle auf andere terrestrische Körper wie den Mond (Steinberger et al., 2015), um unser Wissen über innere Strukturen und Prozesse zu verbessern. Wir interessieren uns auch dafür, wie dynamische Topographie Oberflächenprozesse beeinflussen kann. Zum Beispiel haben wir ein Szenario entwickelt, wie heißes Material aus dem Island-Plume das östliche Grönland emporgehoben hat, und wie dieser Prozess, zusammen mit der nordwärts gerichteten Bewegung von Grönland aufgrund von sowohl Plattenbewegungen als auch echter Polwanderung, zum Beginn der Vergletschungen auf der nördlichen Halbkugel beigetragen hat (Steinberger et al., 2015).

Doktorand:

  • Anthony Osei Tutu

Externe Zusammenarbeit:

Ausgewählte neuere Veröffentlichungen:

  • Osei Tutu, A., Steinberger, B., Sobolev, S. V., Rogozhina, I., and Popov, A. A. (2017): Effects of upper mantle heterogeneities on lithospheric stress field and dynamic topography, Solid Earth Discuss., doi.org/10.5194/se-2017-111.
  • Osei Tutu, A., Steinberger, B., Rogozhina, I., and Sobolev, S.V.: Evaluating the influence of plate boundary friction and mantle viscosity on plate velocities. - Geochemistry Geophysics Geosystems, in press.
  • Steinberger, B., Conrad, C.P., Osei Tutu, A., and Hoggard, M.J.: On the amplitude of dynamic topography at spherical harmonic degree two. - Tectonophysics, in press.
  • Ghosh, A., Thyagarajulu, G., and Steinberger, B. (2017): The importance of upper mantle heterogeneity in generating the Indian Ocean geoid low. - Geophysical Research Letters, 44, 9707–9715.
  • Steinberger, B., Becker, T. (2016 online): A comparison of lithospheric thickness models. - Tectonophysics.
  • Steinberger, B. (2016): Topography caused by mantle density variations: observation-based estimates and models derived from tomography and lithosphere thickness. - Geophysical Journal International, 205, 1, p. 604-621.
  • Steinberger, B., Zhao, D., Werner, S. C. (2015): Interior structure of the Moon: Constraints from seismic tomography, gravity and topography. - Physics of the Earth and Planetary Interiors, 245, p. 26-39.
  • Steinberger, B., Spakman, W., Japsen, P., Torsvik, T. H. (2015): The key role of global solid-Earth processes in preconditioning Greenland's glaciation since the Pliocene. - Terra Nova, 27, 1, p. 1-8.

Ausgewählte Presseberichterstattung und populäre Wissenschaft:

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