Scientific Technical Report 04/05
Wölbern, Ingo
Spuren des Plumes und Strukturen des oberen Mantels unter
Hawaii abgeleitet aus konvertierten Phasen. (PDF, 20717 KB)
Abstract: Hawaii gehört
zu den bekanntesten Beispielen für Hotspot-Vulkanismus weltweit. Die von
weiteren tektonischen Einflüssen isolierte Position inmitten des Pazifischen
Ozeans macht Hawaii zu einem interessanten Untersuchungsobjekt auf dem Gebiet
der Mantelplumes. Weder die Entstehungstiefe noch die genaue Lage des Plumeschlauches
im Erdmantel sind bislang genau bekannt - Fragen, deren Beantwortung auch neue
Erkenntnisse bezüglich der dynamischen Prozesse des Mantels, wie etwa der
Konvektion, liefern könnte.
In dieser Arbeit wurde die Methode der Receiver Functions angewendet, um die
Strukturen bis in den obersten Teil des unteren Mantels unter Hawaii zu untersuchen.
Zur Auswertung standen Daten von elf temporären Breitbandstationen auf
den vier größten Hawaii-Inseln zur Verfügung, welche im Zeitraum
von Juni bzw. November 1999 bis Mai 2001 kontinuierlich registrierten, sowie
zusätzliche Daten permanenter Breitbandstationen. Die Untersuchung ergab
eine Reihe von neuen Ergebnissen der seismischen Struktur in verschiedenen Tiefenbereichen.
In Übereinstimmung mit früheren Studien konnte die Moho in Tiefen
zwischen 12 - 17 km beobachtet werden. Im jüngeren Teil der Inselkette,
von Big Island bis etwa Oahu, tritt zusätzlich eine sehr starke Konvertierte
auf, die innerhalb der Kruste erzeugt wird und zum jüngeren Bereich hin
systematisch früher auftritt.
Deutlich ausgeprägt erscheint im Messgebiet die Lithosphären-Asthenosphären-Grenze.
Der langfristige Einfluss des Plumes bewirkte eine Ausdünnung der Lithosphäre
im älteren Teil der Inselkette. Innerhalb der Asthenosphäre wurde
eine lokale Niedriggeschwindigkeitszone unterhalb von Big Island nachgewiesen,
deren Ursprung ebenfalls mit dem Plume in Verbindung gebracht wird. Die Diskontinuitäten
der Mantelübergangszone in 410 km und 660 km Tiefe konnten klar identifiziert
werden. Stellenweise konnten außerdem konvertierte Phasen aus 520 km sowie
aus größeren Tiefen beobachtet werden. Anhand der Ankunftszeiten
der P410s und P660s konnte das Messgebiet in drei Regionen unterteilt werden:
Der Südosten der Inselkette bis zur Mitte von Big Island zeigt keinerlei
Einflüsse des Plumes, während der nordwestliche Teil auf reduzierte
S-Wellengeschwindigkeiten im oberen Mantel schließen lässt. Südwestlich
von Big Island jedoch weist eine deutliche Ausdünnung der Mantelübergangszone
auf die Position des Plumes hin. Für dessen Kernbereich wurde ein Radius
von etwa 120 km ermittelt.
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