Facheinheit Geophysik
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Arbeitsgebiete: Geodynamik und Physik von Schmelzprozessen

Prof.Dr. Harro Schmeling

 

Laufende Projekte/Doktoranden und Diplomanden:

Numerische Modellierung von Subduktionszonen: Ursachen und Dynamik des 'Trench roll-back'-Effekts mit Anwendung auf die Subduktionszonen im Mittelmeerraum und in anderen Regionen

Im Projekt sollen mögliche Ursachen des 'Trench roll-back'-Effekts wie z.B. Phasenübergänge, rheologische Kopplung zwischen der überschiebenden und abtauchenden Platte, Mantelströmungen usw. untersucht werden. Die numerischen Modelle werden mit den realen Subduktionszonen verglichen. Zu diesem Zweck wird eine vorhandene Subduktionsdatenbank ergänzt und benutzt.

Dipl.-Geophys. Alwina Enns

 

Modelle zur Erdkernbildung und Eisen-Silikat-Trennung bei Chondriten

Es soll die Rayleigh-Taylor-Instabilität als Erklärungsansatz für die Bildung des Erdkerns anhand verschiedener 2D-Schichtmodelle, bestehend aus Magmaozean, Eisenschicht und chondritischem Protokern untersucht werden. In den Modellen soll durch die Verwendung der Dissipation die Temperaturentwicklung in der Erde analysiert werden, die die Segregation des im chondritischen Protokern befindlichen Eisens beim Absinken der aufliegenden Eisenschicht ermöglicht, um diesen Prozess besser verstehen zu lernen. Zur Eingrenzung der Modellparameter sollen geomagnetische und geochemische Ergebnisse über den Zeitpunkt und die Dauer der Kernbildung Einfluss in die Arbeit finden. Laborexperimente zur Eisen-Silikat-Segregation an chondritischem Material sollen die numerischen Ergebnisse überprüfen und ergänzen.

Gregor Golabek

 

Wechselwirkung zwischen dem Mittelatlantischen Rücken und dem Island-Plume

Ich möchte ein realistisches regionales Modell des Island-Plumes erstellen. Zu diesem Zweck werden Tomographiedaten und die Ergebnisse globaler Mantelströmungsrechnungen als Randbedingungen für die regionale 3D-Modellierung verwendet.

Von den Resultaten erhofft man einen Beitrag zum tieferen Verständnis der Wechselwirkung zwischen dem Mittelatlantischen Rücken und dem Island-Plume.

Péter Mihálffy, MSc

 

Island Plume Dynamik: Interpretation magnetotellurischer Daten auf Island

Es soll die Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit unter Island in 3D modelliert werden.

(Zusammenarbeit mit der AG Angewandte Geophysik)

Dipl.Geophys. Anja Kreutzmann

 

Geodynamiche Interpretation satellitengestützter Schweredaten

Die räumliche und zeitliche Variation der hochaufgelösten Schwere- oder Geoiddaten der GRACE Satellitenmission sowie die dynamische Topographie werden für verschiedene aus seismischen Tomographiedaten abgeleitete Dichte- und Viskositätsverteilungen des Erdmantels durch Strömungsmodelle untersucht und angepasst.

Dabei werden insbesondere laterale Variationen der Viskosität im Lithosphären-Asthenosphären-Bereich modelliert. Durch Advektion des Dichtefeldes werden die zeitlichen Änderungen des Geoids und der dynamischen Topographie berechnet. Um Aussagen über die Möglichkeit der Identifizierung solcher Manteldynamikprozesse in den GRACE-Daten zu treffen, sind diese Vorhersagen räumlich und spektral zu analysieren und unter Einbeziehung der Plattendrift in driftende und nicht-driftende Anteile zu zerlegen. So lassen sich die Effekte der Manteldynamik für einzelne Regionen ebenso abschätzen, wie die zeitliche Änderung der einzelnen harmonischen Koeffizienten. Diese Ergebnisse liefern Korrekturfelder für die aus verschiedenen Anteilen zusammengesetzten Meßdaten der Mission.

Dipl.Phys. Karen Niehuus

 

Natur von Tiefherdbeben

Unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen wird der Phasenübergang Olivin zu Spinell im oberen Mantel verzögert. Die Rolle von solchen kinetischen Phaseübergängen für Tiefherdbeben wird durch einen kombinierten Ansatz, der systematisch Beobachtungsdaten mit dynamischen Modellierungen verknüpft, untersucht.

Dipl. Phys. Manuela Tetzlaff

 

 

Abgeschlossene Projekte:

Modellierungen zu Bildung, Kanalisierung und Aufstieg von wasserhaltigen Schmelzen

In dieser Arbeit soll untersucht werden, welche geometrischen Formen sich bei der Bildung von Schmelze auf Korngrößenskala bis hin zum Aufstieg der Schmelze in Kanälen im makroskopischen Bereich ausbilden. Die Untersuchung soll ebenso die physikalischen wie auch die chemischen Prozesse der Bildung und Kanalisierung berücksichtigen wie auch den Einfluß von Wasser auf das viskose Verhalten der Schmelze und Matrix. Hierzu soll eine poröse Strömung mit vorhandenen Programmen simuliert werden. Als Ergebnis soll unter anderem eine Parametrisierung der Permeabilität einer Gesteinsmatrix in Abhängigkeit des Ausgansgesteins, der Tiefe und der Temperatur gefunden werden.

Dr. Kristian Müller

 

Einfluß von hochradioaktiven Abfallagern auf ihre geologische Umgebung

Es werden thermomechanische Sicherheitsanalysen sowie tektonische und geophysikalische Untersuchungen der Gesteinsmatrix für das Nahfeld einer Lagerstätte für hochradioaktive Abfälle durchgeführt. Zusätzlich soll durch eine hydromechanische Analyse das Verhalten des Grundwassers in der geologischen Matrix aufgeklärt werden.

Dr. Jung-Eui Kuh

 

Krustenbildung und Schmelzdynamik in Island

Projekt: Verständnis der Krustenbildung und Schmelzdynamik in Island

Methode: Dynamische/Quasi-Gleichgewichts-Modellierung zur Simulation der Krustenbildung, der Schmelzbildung, des Schmelztransports und der geochemischen Entwicklung unter Island

Werkzeuge: 2-D numerische Simulation, die thermodynamische Prinzipien (Minimierung von G) zur Eingrenzung von Materialeigenschaften und die Dynamik von Mehrphasenströmungen kombiniert, um ein integriertes geophysikalischen/petrologisches Bild Islands zu liefern.

Massimiliano Tirone, PhD

 

Island Plume Dynamik: Schmelzprozesse im Island-Plume

Es werden zwei- und dreidimensionale dynamische Modellierungen des Temperatur- und Strömungsfeldes im Bereich des Island Hot Spot durchgeführt, um Aussagen über die Dimensionen des Plumes, seine Temperatur und die Verteilung gesteinsphysikalischer Parameter zu gewinnen.

Dr. Thomas Ruedas

 

3D Konvektion und Geoidanomalien

Numerische Modellierung von Mantelkonvektion in 3D kartesischer Geometrie für konstante, tiefenabhängige und temperaturabhängige Viskosität, insbesondere im Hinblick auf Geoid- und Schwereanomalien.

Geoidanomalien der Nazca-Platte

Großräumige Geoidanomalien im Bereich der Nazca-Platte. Untersuchung des Geoid- und Topographiesprungs an Fracture-Zonen. Zusammenhang zur thermischen Geschichte der Nazca-Platte.

Island Plume Dynamik

Untersuchungen zur Struktur und Evolution des Island-Plumes

Dr. Gabriele Marquart (jetzt am Institut für Geodynamische Forschung, Universität Utrecht, Niederlande)

 

Der thermische Parameter und die Temperatur- und Bebenverteilung in Subduktionszonen

Ich beschäftige mich mit dem thermischen Parameter, mit der Temperatur- und Bebenverteilung in den Subduktionszonen und dem Zusammenhang zwischen dem thermischen Parameter und der maximalen Eindringtiefe der Isothermen.

Dipl.-Geophys. Alwina Enns

 

Advektion von Plumes, Slabs und anderen Heterogenitäten im Mantelströmungsfeld

Die Bewegung von hotspots aufgrund des großräumigen Mantelströmungsfeldes wird berechnet und verglichen mit beobachteten hotspot tracks. Mit Hilfe eines selbstkonsistenten Strömungsmodells wird der Zusammenhang zwischen Subduktionsgeschichte und tomographischen Heterogenitäten des unteren Erdmantels untersucht. Langfristige Veränderungen von Geoid, Trägheitstensor und Erdrotationsachse aufgrund der Advektion von Manteldichteheterogenitäten werden berechnet.

Dr. Bernhard Steinberger (jetzt am Bayerischen Geoinstitut, Uni Bayreuth)

 

Island Plume Dynamik: Struktur und Evolution des Island-Plumes

Es werden der zeitliche Ablauf des Plume-Aufstiegs und seine Wechselwirkung mit der Lithosphäre durch 3D dynamische Modellierung untersucht. Die Ergebnisse sollen zur Deutung der Topographie, des Schwerefeldes und der tektonischen Entwicklung des Nordatlantiks beitragen.

Dr. Gabriele Marquart (jetzt am Institut für Geodynamische Forschung, Universität Utrecht, Niederlande), Dipl.Geophys. Daniel Heller

 

Island Plume Dynamik: Schwerefeld im Bereich des Island-Plumes

Im Bereich des Island Hot Spot werden die Anomalien des Schwerefeldes gemessen und interpretiert.

Dipl.Geophys. Daniel Heller

 

Island Plume Dynamik: Dynamisch konsistente generalisierte Matrixinversion von Geoid und Topographie mit Anwendung auf Island und Umgebung

Mantel-Plumes, von denen der Island-Plume einer der markantesten ist, erzeugen signifikante Schwere- und Geoidanomalien. In dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit eine Eingrenzung der geometrischen Dichtestruktur des Plumes und insbesondere seiner Tiefenlage durch Inversion des Geoids unter Einbeziehung der Topographie möglich ist. Im Unterschied zur klassischen Schwereinversion wird bei dieser dynamisch konsistenten Inversion eine Dichteverteilung berechnet, die sowohl das Geoid als auch die dynamische (einschließlich isostatische) Topographie erklärt.

Dipl.Phys. Karen Niehuus

 

Extensionstektonik im Norwegischen Kontinentalschelf unter Verwendung von ERS-1 Satelliten Altimetrie

Untersuchungen von Schwere- und Geoidanomalien im Nordatlantik und arktischen Ozean basierend auf ERS-1 Satelliten Altimetrie Daten. Modellierung der Anomalien im Bereich der Barentssee und des norwegischen Kontinentalschelfs in Zusammenhang mit der tektonischen Geschichte des Nordatlantik und möglicher Boudinage Strukturen.

Dr. Alexander Braun (jetzt am Byrd Polar Research Center, Columbus, Ohio)

 

Modellierung orogener Prozesse

Bei Kontinent-Kontinent-Kollisionen entstehen Gebirge, deren Mantelteil der Lithosphärenwurzel von der Kruste delaminieren, dann abreißen und in die Asthenosphäre absinken kann. Dieser Prozeß wird dynamisch, thermisch und rheologisch konsistent modelliert.

Dr. Bertram Schott (jetzt am Departement für Theoretische Geophysik, Universität Utrecht, Niederlande)

 

Die Rolle der Unterkruste und der Erosion beim Abbau von Orogenen

Fließvorgänge in der Unterkruste sowie die Erosion stellen zwei Prozesse dar, welche beim Abbau eines Orogen eine Rolle spielen. Durch Modellierung soll ermittelt werden, welcher der beiden Prozesse unter gegebenen Modellannahmen dominiert.

Dipl. Geophys. Marion Winkler-Arndt

 

Mantelkonvektion mit kinetischen Phasenübergängen

Phasenübergänge im oberen Mantel spielen für Mantelkonvektion eine entscheidende Rolle. In diesem Projekt wird der Einfluß der durch Kinetik verzögerten Phasenumwandlung auf Mantelkonvektion untersucht.

Dipl. Geophys. Ralf Monz

 

Finite Element Modellierung von Bruchpopulationen

In diesem Projekt wird die mechanische Wechselwirkung zwischen aktiven Brüchen untersucht. Ziel ist die mechanisch konsistente Modellierung von typischen Bebenverteilungen in Raum und Zeit.

Dipl. Phys. Thorsten W. Becker, PhD (jetzt am IGPP, Scripps Institution, San Diego, USA)

 

Elastische Eigenschaften teilgeschmolzener Gesteine

Das Auftreten von Teilschmelzen in Mantelgesteinen setzt seismische Ausbreitungsgeschwindigkeiten herab. Mit Hilfe der Finite-Element-Methode wird dieser Effekt für reale Gesteinssysteme untersucht.

Dipl. Geophys. Robert Zippel