Deformationsmuster in der Lithosphäre der Alpen und ihrer Vorländer - DEFORM
Die Arbeiten im Projekt DEFORM sind Teil des DFG Schwerpunktprogramms 2017 4D Mountain Building (SPP MB-4D) und testen die Hypothese, dass einzelne Prozesse, die die Krustendeformationen steuern, isoliert und quantifiziert werden können. Als Voraussetzung dafür müssen Heterogenitäten der Lithosphärenkonfiguration zusammen physikalischen Prozesse betrachtet werden.

Um diese Hypothese zu testen, gehen wir den folgenden wissenschaftlichen Fragen nach:

• Welche mechanischen Eigenschaften charakterisieren die Lithosphäre der Alpen und ihrer Vorländer?
• Gibt es einen systematischen und skalenübergreifenden Zusammenhang zwischen der Verteilung der beobachteten Seismizität und der rheologischen Konfiguration der Lithosphäre?
• Wie beeinflusst die gegenwärtige thermomechanische Konfiguration das lithosphärische Spannungsfeld?
• Wie setzt sich die an der Oberfläche beobachtete Deformation in einer rheologisch differenzierten Lithosphäre lateral und in der Tiefe fort, und was kontrolliert die Lokalisierung der Deformation?
• Welche lateralen (Plattenrandkräfte) und basalen (Manteldynamik) Randbedingungen sind erforderlich, um das an der Oberfläche beobachtete Deformationsfeld zu reproduzieren?
• Welche mechanischen und thermischen Auswirkungen würde eine Eiszeit auf eine   rheologisch differenzierte alpine Lithosphäre haben?
• Können wir zukünftige Deformationen vorhersagen, wenn wir Variationen von Rheologie und Spannungsfeld berücksichtigen?

Arbeitsplan:
In diesem Projekt nutzen wir das datengestützte 3D-Krustemodell der Alpen, das im Projekt INTEGRATE während der ersten Phase des  SPP 4D-MB erstellt wurde. Dieses 3D-Krustenmodell wird in der ersten Phase von DEFORM dahingehend erweitert, dass zusätzlich eine heterogene Mantelarchitektur berücksichtigt wird, die verfügbare seismische Tomographiemodelle integriert. Letztere unterscheiden sich aufgrund variierender Datendichte oder methodischer Ansätze, was zu Unsicherheiten und inhärenten Nicht-Eindeutigkeiten führt. Um diese  zu reduzieren, betrachten wir  sowohl Ensembles aus allen verfügbaren Tomographiemodellen als auch verschiedene Endglieder der Mantelarchitektur. Für diese wird die aus der Konfiguration selbst resultierende Deformation berechnet und mit Deformationsbeobachtungen verglichen. So können Steuerungsfaktoren erster Ordnung identifiziert und auf ihre physikalische Konsistenz geprüft werden Ausser Unsicherheiten die mit der geometrischen Konfiguration einhergehen, gibt es auch Unsicherheiten hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften selbst. Um auch diese Unsicherheiten zu quantifizieren und gleichzeitig die relevanten Parameter zu ermitteln, führen wir eine globale Sensitivitätsanalyse durch. Hierzu nutzen wir die"reduced base" Methode, mit der der gesamte Parameterraum analysiert werden kann. Diese Methode erlaubt es, die entscheidenden Randbedingungen und Parametrisierungen zu ermitteln, die in der zweiten Phase des DEFORM-Projekts genutzt werden, um (1) die rezente Deformationslokalisierung und (2) den Einfluss der (Ent-)Belastung eines Eisschilds während des letzten glazialen Maximums zu untersuchen.

Partner:
Dr. Denise Degen, RWTH Aachen University
Prof. Dr. Hans-Jürgen Götze, CAU Kiel
Prof. Dr. Boris Kaus, University of Mainz

Zuwendungsgeber:
DFG – Deutsche Forschungsgemeinschaft

Publications:
Ajay Kumar, A. K., Cacace, M., Scheck-Wenderoth, M., Götze, H., Kaus, B. J. (2022 online): Present‐day upper‐mantle architecture of the Alps: Insights from data‐driven dynamic modelling. - Geophysical Research Letters, e2022GL099476.
https://doi.org/10.1029/2022GL099476