Dynamik und innere Struktur der Erde

Zusammenfassung

Das Team verfügt anerkannter Maaßen über Kompetenz sowohl in Bezug auf die Modellierung der Eigenschwingungen der Erde als auch in Bezug auf die Beobachtung dieser Schwingungen. Die hohe Sensibilität der supraleitenden Gravimeter, von denen EOST zwei verwaltet, eines in der Nähe von Straßburg und ein weiteres in Djougou (Benin), ermöglicht in der Tat die Erfassung von Signalen mit sehr geringer Amplitude im Nanogalbereich (10-12 g), wie beispielsweise die inneren Schwingungsmoden der Erde. Mehrere Schwingungsmoden des festen inneren und des flüssigen äußeren Kerns wurden noch nicht entdeckt und die Modellbildungen zu diesen Schwingungen sind noch nicht vollständig.   Um diese charakteristischen Signale des Erdinnern verstehen und erfassen zu können, ist die Analyse von Daten und die Erarbeitung genauerer geophysikalischer Modelle erforderlich. Hierfür werden insbesondere die Untersuchungen der elektromagnetischen, viskosen und topographischen Kopplungen an der Grenzfläche des festen inneren Kerns vertieft.
Auf lange Zeit gesehen ist die Deformation des Erdmantels viskoelastisch, wie beispielsweise die postglaziale Hebung zeigt. Das Verständnis der Übergänge des rheologischen Verhaltens des Erdmantels zwischen den Frequenzen der Erdgezeiten (von 24 Stunden bis zu 18,6 Jahre) bis zu den längeren Skalen bleibt weiterhin ein zentrales Problem, insbesondere um die postglaziale Hebung vom aktuellen Gletscherschmelzen zu unterscheiden.

Nutzen der Gravimetrie für die Beobachtung von seismischen Schwingungsmoden und von Variationen der Erdrotation

Umfassende Erfahrung hinsichtlich langperiodischer seismischer Schwingungen und Veränderungen der Erdrotation sind der Ansporn für uns, unsere Bemühungen in zwei unterschiedliche Richtungen fortzuführen. Zum einen sind die circa dreißig supraleitenden Gravimeter des weltweiten GGP-Neztwerks (Global Geodynamics Projectexzellente Instrumente zur Beobachtung der normalen Schwingungen, die durch große Erdbeben angeregt werden. Wir analysieren die gravimetrischen Daten, um die Eigenschaften der radialen Schwingungen zu bestimmen, d.h. ihre Frequenzen, Qualitätsfaktoren und Amplituden. Zudem führen wir die Forschung zu den Translationsschwingungen des festen inneren Kerns (Slichter-Triplett) fort und werden deren Anregung durch Quellen an der Oberfläche modellieren. Zum anderen werden wir gleichzeitig über mehrere Jahrzehnte gesammelte gravimetrische Daten und VLBI-Daten zur Ausrichtung der Rotationsachse der Erde analysieren. Wir verfolgen dabei drei Ziele: Zum einen möchten wir bestimmen, ob es sich bei der Chandler-Bewegung um eine einfache oder doppelte Bewegung handelt, zum anderen möchten wir direkt die freie Nutation des flüssigen Erdkerns bei Gravitationsveränderungen beobachten und die freie Nutation des festen inneren Erdkerns erforschen.

Elastisch-viskoelastischer Übergang der Mantel-Rheologie

Während das rheologische Verhalten des Erdmantels für charakteristische Zeiten von unter einer Stunde elastisch, oder genauer gesagt leicht unelastisch ist, genügt für die Erklärung der postglazialen Landhebung, deren Zeitrahmen mehrere tausend Jahre beträgt, eine viskoelastische Rheologie des Typs Maxwell. Unser Ziel ist es, Bewegungen mit einem charakteristischen Zeitrahmen zwischen einer Stunde und mehreren tausend Jahren, wie bei den Erdgezeiten, die erzwungenen Nutationen und die Chandler-Bewegung in Abhängigkeit von den verschiedenen Rheologien zu untersuchen.

Gezeitendissipation bei den Satelliten der jovianischen Planeten

Die Gezeitendissipation mit großer Amplitude bei den Satelliten der jovianischen Planeten erzeugt Vulkanismus (Io), Geysire (Enceladus) oder einen Ozean unter der Kruste (Europa, Kallisto, Titan). Wir beginnen in diesem Forschungsbereich mit der Modellierung der durch die Gezeiten in den unelastischen festen Schichten und durch die sich in den flüssigen Teilen ausbreitenden Schwere-Trägheitswellen dissipierten Energie.

Bewegung an der Oberfläche des Kerns und Erdmagnetfeld

Wir vertiefen unsere Arbeiten zur Beobachtung der säkularen Veränderung des Erdmagnetfeldes. Die Modelle zum zeitabhängigen Magnetfeld zeigen eine Verschiebung der Lokalisation von neueren geomagnetischen Stürmen an der Oberfläche des Kerns, die direkt mit der Bewegung von Flüssigkeit an der Grenzfläche zusammenhängen könnte.