Volatile und Fluide in Subduktionszonen

Teilprojekt A2 - Überblick

Die konvergente Plattengrenze von Nicaragua und Costa Rica zeigt eine starke laterale Variabilität in der Structure der subduzierenden Platte, der Aktivität der seismogenen Zone, Dipwinkel und Maximaltiefe der Wadati-Benioff-Zone, und den chemischen Charakteristiken sowie der geographischen Lage des Vulkanbogens. Es wird angenommen, dass diese Variationen durch die Interaktion verschiedener Prozesse bei der Subduktion hervorgerufen werden, u.a. Stress-Transfer, mechanische und metamorphe Fluidfreisetzung und (teilweise) Schmelzen.

Währen der Phase I des SFB wurden Modelle zum Mantelfluss und zur Fluidfreisetzung entwickelt (Subprojekte C1, C5), welche die Rolle der Sedimente, der ozeanischen Kruste und des serpentinisierten Mantels als Fluidquelle in der Subduktion einbeziehen. Eines der Ziele des Subprojekts A2 in Phase II war die Schaffung eines strukturellen und dynamischen Rahmens für die Modellierung der Subduktionsprozesse auf der Basis seismologischer Messungen. Lokalerdbebentomographie verschiedener seismischer Netze und eine Receiver-Funktionsstudie erlauben, die tiefere Struktur der Subduktionszone abzubilden: die Plattengeometrie, Mohotiefe, Geschwindigkeitsperturbationen und Vp-Vs-Verhältnis, wobei letzteres mit Fluidpräsenz zusammenhängt. Nicht-vulkanische Tremore, die mit Bohrloch-Seismometern auf der Nicoya-Halbinsel registriert wurden, können mit Fluidfreisetzung im Zusammenhang stehen, sind aber zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht abschließend erklärt.

 

Fig. 1: Seisische Netze in Nicaragua and Costa Rica: rote umgekehrte Dreiecke markieren kurzperiodische Stationen, blaue Dreiecke Breitbandstationen.

 

 

Nach der Erforschung der mittelamerikanischen Subduktionszone, die als Übergangsregime zwischen ozeanischer und kontinentaler Subduktion verstanden wird, hat sich der Fokus der SFB-Studien in Phase III auf die Untersuchung des südamerikanischen Plattenrandes verlagert, der Typlokalität kontinentaler Subduktion ist. Die Seismizität und der Vulkanismus in Chile und Argentinien werden stark beeinflusst durch den Sedimentinput in den Graben, schiefe Konvergenz und daraus resultierende Spannungs-Partitionierung, sowie prä-andine Charakteristiken der südamerikanischen Platte. Außerdem macht das Auftreten des größten instrumentell je registrierten Erdbebens, des Valdivia-Bebens von 1960 (Mw 9.5), nahe bei dem sehr aktiven Vulkan Villarrica, diese Region zu einem idealen Laboratorium für die Erforschung von Subduktionsrisiken.

Die Geometrie der Subduktionszone (Slab-Dipwinkel, Krustendicke) ist nördlich von 39°S gut erforscht, weiter im Süden - wo die koseismische Verschiebung des Valdivia-Bebens am größten war - aber nicht genau bekannt. Im Herbst 2008 wurde ein seismisches Netzwerk in der Gegend um Villarrica für ein Jahr aufgebaut, mit den folgenden Zielen:

• Erforschung der Seismizitätsverteilung, Störungszonen und der Plattengeometrie,
• Untersuchung, warum die Bruchausbreitung des Valdivia-Bebens fast ausschlließlich nach Süden verlief,
• Suche nach möglichen Verbindungen zwischen sehr starken Erdbeben und Vulkanismus,
• Aufstellen eines Geschwindigkeitsmodell (aus der Tomographie) und Untersuchung von vp/vs und/oder Q als Indizien für Fluide und Schmelzen.

 

Fig 2: Seismisches Netz in Chile - Region Villarrica: blaue umgekehrte Dreiecke - kurzperiodische Stationen; rote umgekehrte Dreiecke - Breitbandstationen; rote Kreise - Breitband-Cluster aus 3-4 Stationen. Gestrichelte Linien  geben die Slip-Konturen des Valdivia-Bebens von 1960. Gelbe Symbole zeigen Vulkane.