Dynamik des Ozeanbodens

TOTAL

TOnga Thrust earthquake Asperity at Louisville ridge

Eine geophysikalische Studie zur seismogenen Kopplung in Subduktionszonen, Subduktionserosion und Fluidfluss

Laufzeit: 01.04.2007 - 30.06.2010

Förderer: BMBF im Rahmen des Programs TIEFSEEFORSCHUNG

Mitwirkende Institutionen: Universität Bremen, Oxford University, UK, University of Durham, UK, Institute for Geological and Nuclear Sciences, Wellington, Neuseeland

Subduktionszonen sind die seismisch aktivsten Regionen der Erde. Insbesondere die Überschiebungserdbeben in der seismogenen Zone in Tiefen von ~10-40 km stellen für die Menschen in den Küstenregionen eine große Gefahr dar. Bei der Subduktion des Louisville Rückens in dem Tonga Tiefseegraben tritt eine markante seismische Lücke auf. Das Fehlen von teleseismisch detektierbaren Erdbeben deutet darauf hin, dass hier eine potentielle seismogene Kopplungszone („Asperity“) vorliegt, die in den nächsten Jahren zu einem großen Beben führen kann (TOTAL – TOnga subduction zone Thrust earthquake Asperity at Louisville ridge). Die seismische Lücke ist jedoch sehr viel größer, als der charakteristische Durchmesser der in die Subduktionszone einfahrenden Vulkankegel. Das bedeutet, dass andere mit den Tiefseekuppen in Verbindung stehende Strukturen für die Kopplung mit verantwortlich sind. Die hier vorgeschlagenen Arbeiten werden uns in die Lage versetzen, die Natur von Asperities in Subduktionszonen besser verstehen zu lernen. Dazu sollen refraktions- und weitwinkelseismische Messungen, ergänzt durch gravimetrische und magnetische Daten und eine hydrographische Kartierung, die Struktur der Kopplungszone und die Lage und Struktur der bereits subduzierenden Vulkane abbilden. Ein Referenzprofil senkrecht zu den in die Subduktionszone einfahrenden Louisville Rücken soll die Struktur der Vulkane und der Hotspotschwelle abbilden, so dass die Einflussnahme sub-krustaler Strukturen (Wurzel, Schwelle, „Underplating“) auf die Subduktion und seismogene Kopplung evaluiert werden können.

Ein Netzwerk von Ozeanbodenseismometern soll die Seismizität in der seismischen Lücke messen, sowie als Referenz dazu die Seismizität in der Region südlich der Lücke. Diese Arbeiten sollen klären, ob die Kopplung zu 100% erfolgt oder ob kleinere Beben stattfinden, welche unterhalb der Detektierungsschwelle für globale seismologische Netze liegen.

Ein zweites Ziel ist die systematische Untersuchung der durch die Subduktion des Louisville Rückens bedingten Erosion des Forearcs. Die hydrographische Kartierung mit SIMRAD soll Änderungen in der Tektonik (Topographie des Forearcs und der hereinkommenden Platte) abbilden. Refraktionsseismische Messungen sollen die interne Struktur des Forearcs (Vp, Porosität) vor, während und nach dem Durchmarsch des Louisville Rückens abbilden. Einen besonderen Schwerpunkt bildet die Untersuchung von systematischen Änderungen des Fluidflusses durch den Forearc. Es ist zu erwarten, dass die unterschiedlichen Stadien der Erosion des Inselbogens einen signifikanten Einfluss auf die Durchlässigkeit des Kontinentalhangs für Fluide haben. Diese sollen mithilfe geothermischer Messungen erfasst und abgebildet werden.

 

Arbeitsgebiet

Lagekarte der geplanten Untersuchungen

Lagekarte der Untersuchungen

Das Schwerefeld der Erde (Freiluftanomalie abgeleitet aus der Satelliten-Altimetrie) im Untersuchungsgebiet und die globale Seismizität in der Region (Engdahl & Villasenor, 2002). Markant ist die seismische Lücke in der Region wo der Louisville-Rücken subduziert wird.

Schwerefeld der Erde im Untersuchungsgebiet und globale Seismizität in der Region

Lage der Profile im Arbeitsgebiet. Auf den Profilen 1, 2 und 3 sollen neben den tiefenseismischen Daten auch geothermische Messungen durchgeführt werden. Zusätzliche refraktionsseismische Daten werden über den Louisville Rücken gewonnen (4), um eine Referenzmessung der Krustenstruktur des zu subduzierenden Louisville Rücken zu haben. Zusätzliche geothermische Daten sollen in der Kollisionszone gesammelt werden. Entlang aller Profile werden auch gravimetrische und magnetische Messungen durchgeführt. Vor allem die Kollisionszone und die Korridore 1 und 3 sollen detailliert mit dem SIMRAD-Fächerecholot vermessen werden.

Lage der Profile im Arbeitsgebiet

Projektpartner

  • Prof. Dr. H. Villinger, FB5, Universität Bremen
  • Prof. Dr. A.B. Watts, University of Oxford, UK
  • Dr. C. Peirce, University of Durham, UK
  • Dr. S. Henrys, IGNS, Neuseeland

Forschungsfahrten

  • SO194 - 01.07.07-21.07.07; es wurden 23 OBS in der Tonga-Kermadec Subduktionszone ausgelegt. Mehr Information im Fahrtbericht.
  • SO195 - 07.01.08-16.02.08. Mehr Informationen im Fahrtbericht

Kontakt

Projektleitung:

Dr. Ingo Grevemeyer

Tel.: +49 0431 600 2336

Fax: +49 0431 600 2922

igrevemeyer@geomar.de

 

Mitantragsteller:

Prof. Dr. Ernst Flüh

Tel.: +49 0431 600 2328

Fax: +49 0431 600 2922

eflueh@geomar.de

 

Dr. Wilhelm Weinrebe

Tel.: +49 0431 600 2281

Fax: +49 0431 600 2922

wweinrebe@geomar.de