Seismische Reflektivität in der unteren Erdkruste

Durch das Studium von Erdbebenwellen entdeckte Andrija Mohorovicic Anfang des 20. Jahrhunderts die zu seinen Ehren heute Moho genannte Grenzfläche zwischen Erdkruste und Erdmantel. Für Seismologen ist diese Grenze sehr auffällig, weil sie seismische Wellen reflektiert und bricht. Ihre physikalische Bedeutung blieb jedoch lange Zeit der Spekulation überlassen, weil sie bei durchschnittlich 30 km unter Kontinenten in praktisch unerreichbarer Tiefe liegt: Druck und Temperatur sind schon ab 10 km Tiefe in der Regel so hoch, dass auch modernste Bohrmaterialien versagen. Allerdings können Mineralogen solche Bedingungen in ihren Laboren simulieren und daraus Modellvorstellungen der Gesteine der tiefen Kruste und des oberen Mantels ableiten. Dazu kommen Hinweise auf deren Zusammensetzung durch seltene Funde meist stark verwitterter Tiefengesteine. Trotz dieser Funde ist das moderne Wissen um die Beschaffenheit der Moho im Wesentlichen jedoch indirekter Natur. Das wollen wir mit diesem Forschungsprojekt ändern. Dazu haben wir uns gemeinsam mit Kollegen aus Italien, der Schweiz und den USA eine Stelle in den italienischen Westalpen ausgesucht, an der die Moho durch tektonische Gebirgsbildungsprozesse auf eine Tiefe von unter 5 km gehoben wurde. Typische Gesteine der tiefen Kruste liegen dort bereits in wenigen Hundert Metern Tiefe in unverwitterter Form vor. Diese global einmalige Situation nutzen wir für ein gemeinsames Bohrprojekt, das die Durchteufung der Moho zum Ziel hat. In dieser ersten Projektphase wollen wir mit zwei jeweils 1 km tiefen Bohrungen zunächst die Gesteine der tiefen Kruste erkunden, um besser zu verstehen wie ihre seismischen Eigenschaften mit ihrer tatsächlichen Beschaffenheit zusammenhängen. Dazu werden wir zahlreiche geophysikalische Messungen im tiefen Bohrloch und seismische Experimente an der Oberfläche durchführen, die wir mit modernen tomographischen Abbildungsverfahren und unter Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz auswerten und miteinander verknüpfen. Wir erwarten uns, dass man die Einsichten aus diesem Projekt weltweit verwenden wird können, um die existierenden seismischen Bilder der Moho und ihre Bedeutung für die Dynamik der Erde besser zu verstehen.