Das Kenia Rift ist Teil des Ostafrikanischen Riftsystems, entlang dessen die afrikanische Kontinentalplatte tektonisch gedehnt und ausgedünnt wird, was sich in einer wiederkehrenden Erdbeben- und vulkanischen Aktivität in der Region ausdrückt. Mit diesem Projekt versuchen wir, den Kontrollfaktoren für diese tektonische Aktivität auf die Spur zu kommen. Dazu nutzen wir verschiedene geologische und geophysikalische Beobachtungen, die wir in 3D numerische Modelle integrieren, mit denen wir wiederum die Struktur und variierende Rigidität des Riftsystems abbilden können.

Dier Bildung der kontinentalen Kruste Ostafrikas geht auf die Zeit des Neoproterozoikums zurück, als die Ostafrikanische Orogenese (um ca. 650-620 Ma) dazu führte, dass verschiedene ozeanische Krustenfragmente und kontinentale Terrane tektonisch verschweißt wurden. Während des Phanerozoikums war dieser zentrale Teil des Superkontinents Gondwana Schauplatz verschiedener tektonischer Ereignisse, die zu lokaler Krustendehnung, Sedimentbeckenbildung und Magmatismus führte. Die letzte, seit ca. 45 Ma bis heute andauernde Phase wurde entscheidend durch die Platznahme einer thermischen Anomalie im Erdmantel (eines Plumes) geprägt, die wiederum zur Entstehung des Kenia Rifts führte und für die rezente seismische und vulkanische Aktivität verantwortlich ist.

Geologische und geophysikalische Beobachtungen weisen darauf hin, dass die kristalline Kruste in der Region des Kenia Rifts eine heterogene Zusammensetzung aufweist und ihre Mächtigkeit stark variiert. Außerdem wird sie von Sedimentgesteinen und Vulkaniten unterschiedlicher Komposition und Mächtigkeit überdeckt. Im Rahmen dieses Projektes integrieren wir multi-disziplinäre Daten, darunter bis in Manteltiefe reichende refraktionsseismische Profile, mit Daten zum Schwerefeld der Region. Die daraus resultierenden lithosphärenskaligen 3D Dichtemodelle ermöglichen neue Einblicke in den kompositionellen Aufbau der ansonsten schwer zugänglichen kristallinen Kruste. Diese Erkenntnisse ermöglichen uns wiederum, die Verteilung thermischer und rheologischer Eigenschaften im tiefen Untergrund abzuschätzen und darauf aufbauend das Temperaturfeld und die Festigkeit der Lithosphäre zu modellieren.

Dieser integrierende 3D Modellierungsansatz macht verschiedene Wechselbeziehungen sichtbar, z.B. (i) zwischen der heutigen Konfiguration lithologischer Einheiten und den ursächlichen gebirgsbildenden Prozessen in der Vergangenheit, oder (ii) zwischen erhöhtem Oberflächenwärmefluss und der thermischen Anomalie im Erdmantel, oder (iii) zwischen Bereichen erhöhter tektonischer Aktivität (Erdbeben, Vulkanismus) und prognostizierten rheologischen Schwächezonen in der Lithosphäre. Über die Weiterentwicklung unserer Modelle versprechen wir uns ein tieferes Prozessverständnis zur Riftentwicklung zu gewinnen, insbesondere zur Wechselbeziehung zwischen Mantelplume und Lithosphärenplatte, von der Vergangenheit bis in die Zukunft.

Partner

Institut für Erd- und Umweltwissenschaften, Universität Potsdam

Department of Geology, University of Leicester

New Ventures, Upstream International, Shell International Exploration & Production B.V.

Publikationen

Meeßen, C. (2015): Lithosphere-scale 3-D density model of the Kenya Rift System, PhD Thesis, University of Potsdam, pp. 103.

Sippel, J., Meeßen, C., Cacace, M., Mechie, J., Fishwick, S., Heine, C., Scheck-Wenderoth, M., and Strecker, M. R. (2017): The Kenya rift revisited: insights into lithospheric strength through data-driven 3-D gravity and thermal modelling, Solid Earth, 8, 45-81, doi:10.5194/se-8-45-2017. www.solid-earth.net/8/45/2017/