Mechanik der Verformung der Ostalpen

Die kinematische Entwicklung der Ostalpen im Zeitraum der letzten 30 my ist im wesentlichen bekannt. Sie involviert sowohl laterale Dehnung als auch Extrusion des Orogens nach Osten. Beides ist gut durch strukturgeologische und geomorphologische Beobachtungen dokumentiert und wird durch geodätische GPS Messungen im wesentlichen bestätigt. Die mechanischen Ursachen für diese Bewegungen sind allerdings schlecht bekannt und die Integration von GPS Messungen mit den geodynamischen Interpretationen der Geologen ist schlecht verwirklicht. In diesem Projekt ist es geplant die verschiedenen Ansätze zu kombinieren um die horizontale Kinematik der Ostalpen integriert mechanisch zu interpretieren: Es ist geplant die Interpretationen der Strukturgeologen dazu zu nutzen die GPS Stationierungen der Geodäten zu verbessern und es ist geplant die Zeitserien der GPS Stationen in das interpretative Bild der Strukturgeologen miteinzubeziehen. Dieser Plan wird in 2 konkrete Ziele aufgeteilt: (i) Das Hauptziel des Projektes ist die mechanische Entwicklung der Ostalpen in einer Kartenprojektion (horizontale Schnitte) zu modellieren. Dazu werden sowohl die strukturgeologischen Daten (für die letzten 30 my) als auch die GPS Zeitreihen (für die derzeitige Kinematik) als Randbedingungen für die Modellierung verwendet. (ii) Das 2. Ziel des Projektes ist es direkte geologische Begleitarbeiten zur neuen GPS Stationierung durchzuführen. Das involviert kleinräumige Kartierung von potentiellen neuen GPS Punkten sowie tektonische Beratung bei der Punkt Auswahl. Obwohl die mechanische Entwicklung der Ostalpen ein inherent drei-dimensionales Problem ist, gibt es zwar eine Reihe von Modellierungen von senkrechten Querschitten über die Alpen, aber praktisch keine Modellierung von Horizontalschnitten. Dieses Projekt wird daher eine Reihe von Ergebnissen liefern, die grundlegend für das endgültige mechanische 3-D Verständnis des Orogens sein werden.

In diesem Projekt wurden die rheologischen Eigenschaften der Alpen bestimmt. Es wurde berechnet wie "steif" die Alpen als Ganzes sind, wie "hart" oder "weich" die Alpen im Vergleich zu ihrer Umgebung sind und wie groß die Kräfte sind die notwendig waren, um das Gebirge aufzubauen. Die Idee für dieses Projekt basiert auf einem schnell wachsenden Datensatz von GPS Messungen aus dem Alpenraum mit denen Geodäten die Bewegungen von Gesteinen in den Alpen dokumentieren. Diese Daten zeigen uns wie sich die Alpen in senkrechter und horizontaler Richtung bewegen und sind daher ein idealer kinematischer Hintergrund, um nun die mechanischen Eigenschaften des Gebirges zu modellieren. Für unsere Modellierungen haben wir Zentraleuropa in 4 Teile unterteilt: Das europäische Vorland, die Adriatische Platte, das Pannonische Becken und die Alpen selber. Aus den GPS Daten wissen wir, dass das Europäische Vorland stabil und unbeweglich ist und wir haben es daher angenommen, dass es mindestens 10 mal so viskos wie die Alpen ist. In ähnlicher Weise wissen wir, dass das Pannonische Becken nur etwa 80% der Festigkeit der Alpen besitzt. Der Viskositätsunterschiede zwischen Alpen und Adriatischer Platte sind allerdings sehr schlecht bekannt und es war das Ziel dieses Projektes diese zu bestimmen. Heute gibt es auf beiden Plattenteilen hohe Berge und intensive Verfaltungen der Gesteine die andeuten, dass die Adriatische Platte und der Alpenraum ähnliche Festigkeit haben (z.B. die Hohen Tauern liegen in den Alpen, aber die Dolomiten auf der Adriatischen Platte). Allerdings muss es in der Vergangenheit große Festigkeitsunterschiede zwischen den 2 Platten gegeben haben, weil sonst die Alpen viel breiter wären. Im Rahmen dieses Projektes haben wir mit einem 2-dimensionalen finiten Element Modell gezeigt, dass die Adriatische Platte und der Alpenraum heute in der Tat ähnlich Festigkeiten haben, aber dass dies nur seit wenigen Millionen Jahren so ist. Vor noch 10 Millionen Jahren war die Adriatische Platte mindestens 2 mal so hart wie der Alpenraum. Heute hat der Alpenraum eine Viskosität von 10^23 Pas (zum Vergleich: Honig hat eine Viskosität von 4 Pas). Neben diesen Hauptergebnissen wurden im Rahmen dieses Projektes eine Reihe von kleineren Begleitstudien durchgeführt. Alle Ergebnisse sind publiziert und können in der Literatur gefunden werden.