The lithospheric mantle below southern Norway : Temperature and density investigated using two complementary methods
I denne oppgaven undersøker vi variasjoner i temperatur og tetthet i litosfæren i Sør Norge og diskuterer de mulige tektoniske betydningene av disse. I den første delen videreutvikles en metode som beregner temperatur og temperaturrelaterte tetthetsvariasjoner i den litosfæriske mantelen i stabile k...
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Master Thesis |
| Language: | English |
| Published: |
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://hdl.handle.net/10852/12569 http://urn.nb.no/URN:NBN:no-24952 |
| Summary: | I denne oppgaven undersøker vi variasjoner i temperatur og tetthet i litosfæren i Sør Norge og diskuterer de mulige tektoniske betydningene av disse. I den første delen videreutvikles en metode som beregner temperatur og temperaturrelaterte tetthetsvariasjoner i den litosfæriske mantelen i stabile kontinentale områder. Vi bruker den endimensjonale varmelikningen sammen med topografi, Moho dyp, skorpetetthet og varmestrømning ved overflaten for å beregne geotermen, tykkelsen av litosfæren og tettheter i mantelen. Fra variasjonene i temperatur og tetthet beregner vi syntetiske seismiske skjærhastigheter. For å anslå varmeproduksjon i skorpen og kjemisk utarming i mantelen bruker vi høyden på geoiden (gravitasjonspotensialet) og lokal isostasi til å begrense variasjoner i modellen vår. Metoden er basert på antakelser om termal likevekt og lokal isostatisk likevekt. Våre resultater viser at litosfæren under det sørlige Norge øker i tykkelse fra vest til øst. Den tynne delen i vest har høyere temperatur, lavere tetthet og lavere syntetisk skjærhastighet enn den tykke delen i øst. Dette mønsteret samsvarer med resultater fra en nylig seismisk undersøkelse av gangtid for P-bølger. I den tynnere vestlige delen forutsier våre resultater en lavhastighetssone ved grensen mellom litosfæren og astenosfæren. Denne sonen minker mot øst, hvilket samstemmer med studier av Rayleigh-bølger i dette området. Gjennomsnitts-tetthet av mantellitosfæren ved standard trykk og temperatur er beregnet til 3.36 g/cm3, hvilket er typisk for litosfærer av både fanerozoisk og proterozoisk alder. I den andre delen utfører vi en direkte inversjon av skjærbølgehastigheter til temperatur og temperaturrelaterte tettheter. Til dette bruker vi data fra en ny regional tomografisk modell for Nord-Europa. Denne inversjonen gir temperaturer opp til 1500°C assosiert med en lavhastighetsanomali under det sørlige Norge og ekstremt lave temperaturer i det baltiske skjoldet. Variasjoner i kjemisk sammensetning av mantelen kan ikke forklare de lave hastighetene under Sør-Norge, mens en arkaisk sammensetning delvis kan forklare de høye hastighetene i det baltiske skjoldet. De store variasjonene i inverterte temperaturer tyder på at amplitudene til de seismiske hastighetsanomaliene er overdrevne og ikke kan forklares av variasjoner i fysiske parametre alene. Strømningsmønsteret i de inverterte temperaturene kan tolkes som en bred og desentralisert astenosfærisk oppstrømning under det sørlige Norge. In this study we investigate temperature and temperature-related density variations in the subcrustal mantle below southern Norway and discuss the possible tectonic implications. In the first part a method is adapted and further refined to compute temperature and temperature-related density of the lithospheric mantle in stable domains. The one-dimensional steady-state heat equation is used with data of topography, Moho depth, crustal density and surface heat flow in order to calculate lithosphere geotherm, lithosphere thickness and mantle densities. From the temperature and density distribution we also calculate synthetic seismic shear-velocities. To estimate crustal heat production and the degree of chemical depletion of the mantle a condition of local isostasy and geoid heights are used as modelling constraints. The method is based on a priori assumptions of thermal steady-state and local isostatic equilibrium. Results derived from this method show that the lithosphere below southern Norway thickens from west to east. The thin western part has higher temperatures, lower densities and lower synthetic shear-velocities than the thick eastern part, compatible with results from a recent P-wave travel time residual study. In the thinner western part we also predict a low-velocity zone at the lithosphere asthenosphere boundary, which tapers out towards the central Fennoscandian Shield, in good agreement with Rayleigh wave dispersion analysis for the area. The average mantle density is 3.36 g/cm3 at standard pressure and temperature, which is typical for both Proterozoic and Phanerozoic mantle lithospheres. In the second part an inversion of seismic S-wave velocities to temperature and temperature-related density is performed using new regional tomographic data for northern Europe. The Vs inversion infers temperatures up to 1500°C associated with the low-velocity anomaly below southern Norway and extremely low temperatures in the East European Craton. Changes in dry mantle composition cannot explain the low-velocity anomaly below southern Norway, whereas an Archean composition can partly explain high velocities in the East European Craton. The large variation in inverted temperatures suggests that amplitudes of the seismic velocity anomalies are exaggerated and cannot be completely explained by variations in physical parameters. The flow pattern of the inverted temperatures still favours a thermal interpretation of a broad asthenospheric upwelling below southern Norway. |
|---|