Einfluss lateraler Variationen in Lithosphäre und oberem Mantel auf den glazial-isostatischen Ausgleich in der Antarktis

• Main Author: Rau, Daniel
• Format: Master Thesis
• Language: German
• Published: 2009
• Subjects: Viskoelastizität; Lithosphäre; Antarktis; 550; glazial-isostatische Ausgleichsbewegung (GIA); 3D-Viskositätsmodell (Lithosphäre und oberer Mantel); laterale Heterogenität; Geoidhöhenänderung; glacial-isostatic adjustment (GIA); 3D-viscosity model (lithosphere and upper mantle); lateral heterogenity; viscoelasticity; geoid-height change; Antarctic; East Antarctica; The Antarctic; West Antarctica; Antarc*; Antarctica; Antarktis*
• Online Access: https://doi.org/10.18419/opus-3800; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-45045; http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/3817

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen der lateral variierenden Lithosphärenmächtigkeit auf die regionale glazial-isostatische Ausgleichsbewegung (GIA) in der Antarktis. Damit einhergehend wird auch die Viskosität des oberen Mantels variiert. Die Lithosphäre in der Antarktis ist in zwei Bereiche mit scharfem Übergang unterteilt, eine dicke Lithosphäre in der Ostantarktis und eine dünne Lithosphäre in der Westantarktis. Nun wird untersucht wie sich die verschiedenen Lithosphärendicken im Modell auf das Verhalten der nacheiszeitlichen Hebung bzw. auf den glazial-isostatischen Ausgleich auswirken. Zur Einordnung werden die Vertikalbewegung, die Horizontalbewegung sowie die Geoidhöhenänderung modelliert. Hierzu wird zunächst ein dreidimensionales (3D) Viskositätsmodell mit einer lateral variablen Lithosphäre erstellt. Dieses Erdmodell wird mit einem Lastmodell belastet, welches sich aus der Vereisungsgeschichte ICE-5G ergibt. Die Berechnung der in dieser Arbeit untersuchten Größen erfolgt unter Verwendung der spektralen Finite-Elemente-Methode für 3D viskoelastische Belastung. Durch ein inhomogenes Abschmelzen der Eismassen in der Antarktis sind dessen Auswirkungen in der Westantarktis stärker ausgeprägt. Um die Effekte der Lithosphärenvariation zu extrahieren, werden Vergleichsmodelle erstellt, die beispielsweise einen 3D-Mantel, jedoch nur eine eindimensionale (1D) Lithosphäre aufweisen. Anhand der durchgeführten Vergleiche wurde deutlich, dass der Einfluss der Lithosphärenmächtigkeit in Relation zu den Einflüssen des Mantels sehr gering ist. Lediglich im Bereich der Horizontalbewegungen ist ein Einfluss von 20-30 % der Gesamtgeschwindigkeit messbar. Für die Vertikalbewegungen bleibt der Einfluss mit < 1 mm/a unter 10 %, und für die Geoidhöhenänderungen ist die Änderung aufgrund von Lithosphärenvariationen < 0.10 mm/a. Der Einfluss der Mantelviskosität ist in allen Bereichen höher. This study is concerned with the influence of the varying thickness of the lithosphere on the regional glacial-isostatic adjustment (GIA) in Antarctica. One consequence is the necessity to vary the viscosity of the upper mantle. Tectonically Antarctica is divided into two areas: one has a thick lithosphere (East Antarctica) and the other one has a thinner lithosphere (West Antarctica) whose thickness is reduced by a factor of two. We investigate the influence of the different lithosphere thicknesses on GIA. Therefore, we model the vertical displacement, the horizontal displacement and the geoid-height change. To compute these, a three-dimensional (3D) viscosity model with a laterally variable lithosphere is constructed. This earth model is forced by a load model derived from the glaciation's history ICE-5G. The computation of the observables follows the spectral-finite element approach. Due to inhomogeneous deglaciation of the Antarctic continent, we can observe a noticeable larger relaxation in West Antarctica. To extract the effects of the variation of the lithosphere, we create some alternative models, which have e.g. a 3D mantle but only a one-dimensional (1D) lithosphere. We notice that the influence of the lithosphere-thickness is very small in relation to the influence of the mantle viscosity. Only for the horizontal displacement we obtain an influence of 20-30 % on the total velocity. Looking at the vertical displacement, we see an effect of < 1 mm/a, which is less than 10 %. For the geoid-height change, the variations caused by thickness variation of the lithosphere are smaller than 0.10 mm/a. The influence of mantle viscosity is more pronounced for all variables.