Detailed investigation of upper mantle seismic discontinuities beneath the Northern Atlantic

Seismologische Beobachtungen haben seismische Diskontinuitäten im oberen Erdmantel verifiziert bei dem sich die physikalische Parameter wie Dichte und Geschwindigkeit ändern. Die prominentesten Diskontinuitäten im oberen Mantel befinden sich in ca. 410 und 660 km Tiefe. Hochdruck- und Hochtemperaturexperimente haben gezeigt, dass diese Diskontinuitäten in Verbindung gebracht werden können mit Mineralphasenübergängen von Olivin in seine Hochdruck und Hochtemperaturpolymorphs, welche selbst hochgradig sensitiv auf Temperaturschwankungen und Zusammensetzung der Minerale reagieren. Somit kann die Kombination von seismologischen Beobachtungen und Ergebnissen von mineralogischen Experimenten uns dabei helfen, laterale Tiefenvariationen dieser Diskontinuitäten in Bezug auf Temperatur und Zusammensetzung des Mantels zu interpretieren.Diese Arbeit untersucht die Struktur von seismischen Diskontinuitäten im oberen Erdmantel unterhalb des Nordatlantiks. Um Rückschlüsse auf deren Tiefenvariation ziehen zu können, werden Reflexionen von Kompressions- und Scherwellen verwendet, die von der Unterseite einer solchen seismischen Diskontinuität reflektiert werden (PP und SS Vorläufer). Die verwendeten Seismogramme wurden mit Hilfe von seismischen Arraymethoden analysiert. Die Quell-Empfänger Kombinationen, die für diese Studie verwendet wurden, decken sowohl den Nordatlantik als auch die umliegenden Regionen mit kreuzenden Pfaden ab, was eine bessere Auflösung der Diskontinuitäten zur Folge hat.Die beobachtete vertiefte 410 km Diskontinuität unterhalb der Azoren, Kanarischen Inseln und Kapverdischen Inseln und die erhöhte 660 km Diskontinuität unterhalb einiger Bereiche des Nordatlantiks lassen einige Vermutungen über den dynamischen Zustand des Mantels in dieser ozeanischen Region zu. Die Ergebnisse untermauern die Vermutung eines großen, heißen Aufstroms unter dem südlichen Nord Atlantik, der unter der 660 km Diskontinuität gestaut wird. Von dort aus steigen drei Sekundärplumes auf, die bis in die Mantelübergangszone vordringen und an der Oberfläche als Vulkane die Azoren, Kanarischen Inseln und Kapverdischen Inseln bilden. Desweiteren werden jüngste Ergebnisse mineralogischer Experimente verwendet, um die Tiefe der 410 km und 660 km Diskontinuität in Temperaturen unterhalb der Hotspots zu übersetzen. Die scheinbare Abwesenheit der 660 km Diskontinuität unter den Hotspots lässt Rückschlüsse auf die mineralogische Zusammensetzung und auf heißeres Material unter den Hotspots zu.Die aufgezeichneten Unterseitenreflexionen von der 410 km Diskontinuität wurden außerdem in Bezug auf Polaritäten im Vergleich zu reflektierten Signalen von der Oberfläche untersucht. "Gleiche" und "gegensätzliche" Polaritäten wurden beobachtet und auf regionale oder Richtungsabhängigkeiten untersucht. Die Analyse der Epizentraldistanz hat ergeben, dass es eine solche Abhängigkeit der beobachteten Polaritäten von dieser Größe gibt. Mit Hilfe der Zoeppritz-Gleichungen haben wir eine Vielzahl von Kombinationen von Dichte, Kompressions- und Scherwellengeschwindigkeiten für Olivin und Wadsleyit oberhalb und unterhalb der 410 km Diskontinuität getestet. Die am besten passenden Modelle wurden dann in Bezug auf den Wassergehalt und Eisengehalt der Mantelübergangszone in dieser RegionIVinterpretiert. Wir finden, dass ein erhöhter Anteil von Wasser die Beobachtungen erklären kann, können aber eine Kombination von Wasser und Eisen nicht ausschließen.In einer dritten Studie wurde der Effekt der Deformation von Olivin an der 410 km Diskontinuität auf Polarität und Amplitude der PP Vorläufer, untersucht. Eine Modellierung vom Reflexionskoeffizienten zeigt, dass der Deformationsmechanismus, wie zum Beispiel Kompression oder Scherung, einen großen Einfluss auf die Amplitude und Polarität von SS-Unterseitenreflexionen aber wenig Auswirkung auf PP Vorläufer hat, bei denen nur Amplitudevariationen beobachtet werde. Außerdem macht es der Unterschied in Amplitude und Polarität für unterschiedlicher Deformationsgeometrien möglich, Annahmen über mögliche Deformationsmechanismen, zu treffen.In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die Benutzung aller Information von Welleformen, Laufzeiten und Polaritäten von Unterseitenreflexionen in hochauflösenden Studien zu einem besseren Verständnis der mineralogischen Zusammensetzung, Temperatur und Deformation der Mantelübergangszone führen, was zu einem besseren Verständnis der Manteldynamik führt.