1. Einleitung
Die Überschußtemperaturen aufsteigender Mantelplumes sind meistens nicht hinreichend bekannt, da es keine dirkete Methode gibt, die Temperatur im oberen Mantel zu messen. Zwar liefert die Geochemie einige Abschätzungen mit Hilfe der Thermobarometrie, diese beschränken sich aber meist auf Metamorphite oder Krustentiefen. Für größere Tiefen muß auf indirekte Messungen zurückgegriffen werden, so z.B. Ableitungen tomographischer Geschwindigkeitsanomalien oder an der Oberfläche meßbare Größen wie dynamische Topografie, Schwere- und Geoidanomalien.
2. Modellkonfiguration
Die dynamischen Modelle werden in einer kartesischen Box mit temperatur- und tiefenabhängiger Viskosität berechnet; der maximale Vistositätskontrast liegt bei ca. 10**3. Die Box ist nach unten offen, Material strömt in der Mitte ein und an den Rändern wieder heraus. Zur Simulation eines mittelozeanischen Rückens wird die Oberfläche wird mit einer Geschwindigkeit von 1 cm/a auseinander gezogen. In den Modellen steigt ein rückenzentrierter Plume mit unterschiedlicher Überschußtemperatur auf. Aus der Temperaturverteilung und dem Strömungen im Modell wird die dynamische Topografie, sowie Schwere und Geoid an der Modelloberseite berechnet. Als Beispiel wird ein Plume mit 400 K Überschußtemperatur gezeigt.3. Ergebnisse
Die Größe der Topografie, Schwere- und Geoidanomalien, die direkt auf den aufsteigenden Plume zurückzuführen sind, sind abhängig von der Überschußtemperatur des Plumes. Da die vz-Geschwindigkeit des aufsteigenden Plumes von seiner Temperatur abhängig ist, verliert ein heißerer Plume proportional weniger Wärme durch Konduktion als ein kalter Plume. Die Überschußtemperatur des 400 K Plumes beträgt im oberen Mantel immer noch ca. 350 K.Für den Island Plume liegen nur wenige verläßliche Werte für Topografie und Schwere vor, die direkt mit dem Plume im Zusammenhang stehen. Bislang ist nicht sicher, welcher Teil der Topografie auf Krustenverdickung, und welcher Teil auf dynamischen Auftrieb zurückzuführen ist. Untersuchungen des tomografischen Modells von Bijwaard und Spakman (1999) lassen auf ca. 600 m dynamische Topografie schliessen. Entwicklungen von Geoid und Schwere in harmonischen Koeffizienten von Grad und Ordnung 8 bis 50 liefern eine Geoidanomalie für Island von ca. 10 m und eine Schwereanomalie von ca. 50 mGal. Diese Werte sprechen für einen Plume von mehr als 200 K Überschußtemperatur.
Literatur
- H. Bijwaard und W. Spakman (1999): Tomographic evidence for a narrow whole mantle plume below Iceland. EPSL, 166, 121-126.