Zusammenhang zwischen Mantelkonvektion, Lithosphärendynamik und Geoid 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., 2018). Wir modellieren auch lithosphärische Spannungen (Osei Tutu et al., 2018), 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).