Krustenstruktur des östliche Beckens:

Die Abbildung 2 zeigt die Krustenstruktur des östliche Beckens. Die Sedimentge- schwindigkeiten variieren zwischen 1.8 kmls im Neogen, 3.5 kmls im Palaeogen und 4.8 in den spätmesozoische Sedimenten. Im zentralen Teil des östliche Beckens tritt eine Geschwindigkeitsinversion, eine Schicht geringerer Geschwin- digkeit, auf, die wahrscheinlich dem Palaeogen zuzuordnen ist. Im diesem Teil des Beckens ist die Sedimentmächtigkei am größt und erreicht Werte von übe 6 km.

Analog zur Reflexionsseismik von Hinz & Block (1 984) und Cooper et al (1 987a) fäll das Basement von ca. 2 km Tiefe im Bereich des Central High auf übe 6 km im zentralen Teil des östliche Beckens steil ab und kennzeichnet so die Flanke des Beckens. Ein Basement-Hoch etwa in der Mitte des Profils gliedert das Becken in einen westlichen und einen östliche Teil. Die Sedimentmächtigkeite von 6 bis 7 km sind in beiden Teilen vergleichbar.

Der Verlauf der Moho, der Conrad, das Verhältni der Mächtigkeite und die Ge- schwindigkeitsverteilung spiegeln eindeutig den gedehnt kontinentalen Charakter der Kruste wider. Im zentralen Teil des Beckens wurde anhand von deutlichen PmP-Einsätze die Moho in einer minimalen Tiefe von ca. 18 km kartiert. Das Ver- hältni von Unter- zu Oberkruste ist dort etwa 1:3. Die Tiefe der Moho und den Flanken des Beckens beträg ca. 22 km. Durch Implementierung der Daten der GANOVEX V Expedition und anderer verfügbare Daten (Refexionsseismik, Poten- tialverfahren) wird eine kombinierte Auswertung erfolgen.

Diese Synthese wird Aufschluà geben übe die Krustenstruktur und Geschwindig- keitsverteilung im gesamten Rossmeer und stellt eine gute Grundlage fü die geo- tektonische Interpretation zur Entwicklung des Ross-Meer-Riftsystems dar.

Literatur:

Cooper, A.K., Davey, F.J., Behrendt, J.C. (1987a) Seismic stratigraphy and structure of the Victoria Land Basin, western ROSS Sea, Antarctica. In The Antarctic Continental Margin: Geology and Geophysics of the Western ROSS Sea, Earth Science Series, Vol 5B; Circum Pacific Council for Energy and Mine- ral Resources.

Hinz, K., Block, M. (1984) Results of geophysical investigations in the Wedell Sea and in the ROSS Sea, Antarctica. Pr

Ergebnisse gravimetrischer Untersuchungen u n d begleitender Eisdickenmessungen i m Nord-Viktoria-Land

G.Reitmayr, V.Damm BGR, Hannover

Die Gravimetrie stellt insbesondere in Gebieten mit niedrigem Erkundungsstand wie in der Antarktis ein optimales Meßverfahre zur Analyse verdeckter Krusten- strukturen dar.

Aus den kartierten Schwereanomalien sind übe Modellrechnungen Vorstellungen übe die Verbreitung und den Bau geologischer Strukturen, tektonische Störunge sowie Stoff- u n d Materialgrenzen verschiedener geologischer Einheiten ableitbar.

Infolge des Aquivalenzprinzips sind derartige Strukturmodelle zwar vieldeutig, die Vieldeutigkeit läà sich jedoch durch die Auswahl geeigneter Modellparameter weitgehend eingrenzen.

Problematisch fü gravimetrische Messungen in der Antarktis ist jedoch neben an- deren Faktoren vor allem die Eisbedeckung des Untergrundes, die einen zusätzli chen Schichthorizont darstellt. Um zu Aussagen übe den tieferen Krustenbau zu gelangen, ist es erforderlich, die Wirkung dieser durch Eisdickenmessungen be- stimmbaren Störmasse zu berechnen und bei der Reduktion der gravimetrischen Felddaten neben den herkömmliche Korrekturen zu berücksichtigen

Gravimetrische Daten

Seit 1989 wurden im Verlauf mehrerer Expeditionen (GANOVEX V bis VII und ACRUP-1) insgesamt mehr als 800 Einzelmessungen im Viktoria Land vorgenom- men. Währen in den ersten Jahren die Inlandgebiete nahe der Gondwana-Station an der Terra Nova Bay sowie die Nordküst des Viktoria Landes Schwerpunkt der Arbeiten waren, wurde nachfolgend eine flächenhaft Verteilung des Meßpunkt netzes angestrebt. Aus vorrangig logistischen Gründe ist die bislang erreichte Meßpunktanzah jedoch noch nicht ausreichend und ihre Verteilung ausreichend homogen.

Fü die Durchführun der Messungen wurden LaCoste-Romberg Gravimeter ein- gesetzt. Die Ortsbestimmung (einschließlic Höhenbestimmung der Meßpunkt wurde mittels GPS-Messungen vorgenommen. Die dabei erzielbare Genauigkeit liegt bei Verwendung von Relativstationen unter 1 m, so da der daraus ableitbare Fehler 0.3 mGal nicht übersteigt

Fü die topographische Reduktion der Meßdate wurde das Verfahren nach BE- RIOZKIN modifiziert und angewendet, mit dem radial um den Meßpunk segmentar- tig Geländeunregelmäßigkei bis zu einer Entfernung von 5 km berücksichtig werden. Grundlage fü die Bestimmung des Geländerelief in der Umgebung der Meßpunkt bildete die digitalisierte Topographie der Karten des USGS im Maßsta 1 :250000.

Zur Berechnung der Bougueranomalien ist es erforderlich, die Wirkung der zwi- schen Meß und Bezugsniveau befindlichen Massen zu berücksichtigen Der Dichteunterschied zwischen Eis und dem unterlagernden Kristallin erfordert eine zweistufige Reduktion und somit eine Eisdickenkorrektur. Währen fü die Eisdik- kenreduktion mit einer Dichte von 0.86 g/cm3 gerechnet wurde, wird fü die eigent- liche Bouguerplattenreduktion die mittlere Krustendichte von 2.67 glcm3 verwen-

det. Fü eine exakte Eisdickenkorrektur sind Daten übe die Eisbedeckung bzw. die Subeistopographie am gravimetrischen Meßpunk und der unmittelbaren Umge- bung gefordert.

Die weithin ungenügend Kenntnis übe die Subeismorphologie und somit eine ungenaue topographische und Bouguer-Reduktion wird bislang als eine der we- sentlichsten Fehlerursachen bei der Bearbeitung und Interpretation gravimetrischer Daten der Antarktis angesehen. Informationen übe die Eisbedeckung sind zudem fü weitere geophysikalische Verfahren und glaziologische Fragestellungen von Bedeutung.

Radar-Daten

Die Aufgabenstellung fü die vorgenommenen Radar-Eisdickenmessungen leitete sich vorrangig aus dem Bedarf ab, den gravimetrischen Untersuchungen die erfor- derlichen Korrekturwerte bereitzustellen.

Währen zunächs die Eisbedeckung nur punktuell an den gravimetrischen Meßpunkte bestimmt wurde, wurde in den beiden letzten Meßkampagnie zu ei- ner flächenhafte Radarvermessung übergegangen Hierdurch wird es möglich auch laterale Variationen im Subeisrelief zu berücksichtigen

Die Eisdickenmessungen wurden mit Radarmessungen (RES) im Frequenzbereich 40 bis 60 MHz vorgenommen. Die erzielbare Genauigkeit der RES-Daten liegt bei ca. 1 bis 2% des Meßwertes Fur eine 1000 m mächtig Eisbedeckung beträg die eindimensionale Eisdickenkorrektur ca. 76 mGal, der Fehler in der Eisdickenkor- rektur ergibt sich daraus zu ca. 1 bis 2 mGal.

Fü ein Teilgebiet des gravimetrischen Meßgebiete liegen neben den bodenge- stützte Punktmessungen an den gravimetrischen Meßpunkte Profildaten entlang von Fluglinien vor, mit denen eine flächenhaft Darstellung der Eismächtigkei und der Subeistopographie vorgenommen wurde. Die erstellten Karten wurden durch ein Glättungsverfahre übe ein 2 ^X 2 km Gitternetz erzeugt. Gebiete geringer Da- tendichte (Punktabstand < 5 km) wurden ausgeblendet. Die Karte der Subeistopo- graphie wurde als Differenzgrid aus der digitalisierten Topographie des Meogebie- tes berechnet.

Trotz inhomogener Verteilung der Meßdate bieten die Ergebnisse dieses Teilge- bietes eine erste Grundlage fü die Berücksichtigun auch lateraler Variationen des Subeisreliefs fü die Eisdickenkorrektur der Gravimetriedaten.

Ergebnisse

Der vorliegende gravimetrische Datensatz (ca. 800 Punkte) wurde ergänz durch publizierte Daten ältere Expeditionen, so da landseitig insgesamt ca. 1400 Daten im Untersuchungsgebiet vorliegen. Ferner wurden in die Kartenkompilation see- gravimetrische Meßdate und die US-amerikanischen SEASAT-Daten hoher Da- tendichte nördlic 72's miteinbezogen. Die gravimetrischen Karten des Viktoria- landes beinhalten somit ca. 10.000 Einzelwerte.

Da aufgrund fehlender bzw. ungenauer Daten übe die Eisbedeckung nicht fü alle Gravimetriedaten die Bouguerkorrektur vorgenommen werden konnte, deckt die Karte der Bougueranomalie das Meßgebie weniger gut ab als die Freiluftanomalie.

Trotz der noch unzureichenden flächenhafte Verteilung der Daten sind einige markante Strukturen erkennbar. Es wird eine grobe Dreigliederung erkennbar: im Nordosten weiträumi positive Schwerewerte im marinen Bereich, küstenparalle entlang des Transantarktischen Gebirges negative Werte in der Bouguerschwere und im Südoste der intermediare Bereich der ROSS See. Die Ausdehnung des Schwereminimums Richtung des polaren Plateaus ist aus den vorliegenden Daten nicht eindeutig bestimmbar. Währen die ältere Daten (Crary 1963) eine Begren- zung auf den Bereich des Transantarktischen Gebirges und erhöht Krustenmäch tigkeiten nur fü diesen Bereich vermuten lassen, ist aus den währen ACRUP-1 ermittelten Werten dieser Trend nicht ableitbar. Die lokalen Schwereminima im Be- reich der im Norden weit ins Inland reichenden Gletscher sind nicht zwangsläufi an erhöht Krustenmächtigkeite gebunden, sondern deuten eher auf tiefe Sedi- menttroge hin.

ukŸnftig Aktivitäte

Zur Klärun der Fragestellung, wie sich die ableitbaren Krustenstrukturen im Be- reich des ostantarktischen Schildes fortsetzen, ist eine Ausdehnung des Untersu- chungsgebietes nach Westen erforderlich. Fü die Fortsetzung der gravimetrischen Arbeiten sind neben der Schließun der noch vorhandenen Datenlücke im Nord- viktorialand und der insgesamt weiteren Meßpunktverdichtun vor allem Messun- gen im Bereich des polaren Plateaus interessant. Da hier mit große Eismächtig keiten zu rechnen ist, sind RES-Messungen in diesem Gebiet von besonderer Be- deutung. Hierzu ist die flächenhaft Erfassung der Eisbedeckung durch Einsatz ei- nes Aero-RES-Verfahrens notwendig.

Darübe hinaus werden auf der Grundlage der vorhandenen Daten Modellrech- nungen entlang eines ausgewählte W-E-Krustenschnittes vorgenommen. Diese Arbeiten sind ein Teilbetrag der BGR zu dem italienischen Projekt ACRUP-1, mit dem komplexe geophysikalischen Untersuchungen entlang eines 160 km langen Transects vom ROSS Meer bis zum polaren Plateau vorgenommen wurden.

Literatur

Damm, V.: EMR-Eisdickenmessungen im Rahmen des italienischen Antarktispro- jektes ACRUP-1.- BGR-Archiv 112080. 1994

Reitmayr, G.; Thierbach, R.: Bericht übe gravimetrische und Eisdickenradar-Mes- sungen im Nord-Viktoria-Land, Antarktis, währen GANOVEX VI.- BGRAr- chiv 108432. 1991

Reitmayr, G,: Gravity Surveys of the Mount Melbourne and Rennick-Lillie-Glacier Areas. Antarctica.- Zeitschr. f. Polarforschung 60 (2), 1992

Reitmayr, G.: Bericht übe gravimetrische Messungen und sie begleitende GPS- Ortsbestimmungen zwischen Brimstone Peak und Coulman Island, sowie südlic der Lillie Marleen Hütte Nord-Viktorialand, und an der Oates Küste Antarktis, wahrend GANOVEX VII, 1992193.- BGR-Archiv 112208. 1994 Verbers, A.; Damm, V.: A model for the Caenozoic glacial evolution in the area bet-

ween the David and Mawson Glacier, Victoria Land, Antarctica.- Ann. Glac.

1994

Warmeflußmessungen Erste Ergebnisse aus Victoria Land und Folge- rungen fü Vorhaben in Dronning Maud Land ("GEOMAUD")

D. Delisle

Bundesanstalt fü Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover

Einleitung: Victoria Land liegt an der Grenze zwischen dem antarktischen Kraton und dem Extensionsbecken des Ross-Meeres (Abb. 1, aus Stern & TenBrink, 1989). Aus geodynamischer Sicht sollte das Extensionsbecken, insbesondere so- lange es tektonisch nicht zur Ruhe gekommen ist, einen erhöhte terrestrischen Wärmestro (q) aufweisen, währen fü die kratonische Kruste niedrige q-Werte erwartet werden. Gemessene q-Werte im offshore-Bereich sind in Abb. 1 darge- stellt. Von der Landseite war lange Zeit nur ein Wert aus der Bohrung in den eis- freien Dry Valleys bekannt (79 mWlm*). Die Messung des terrestrischen Wärme stromes in der Antarktis ist schwierig, da das Temperaturfeld in dem sich bewegen- den Eis durch mehrere Faktoren beeinfluß ist. Unterstütz durch die DFG hat die BGR in den vergangenen Jahren begonnen, in Bohrungen, die in sogenannten 'stagnierenden" Eisfeldern niedergebracht wurden, q-Messungen durchzuführen Damit sind Eisfelder gemeint, deren Eigenbewegung in der Vertikalkomponente in der Regel unter 1 dmla liegt.

Warmestrommessungen auf stagnierenden Eisfeldern: Zur Identifizierung von geeigneten Eisfeldern werden in ausgewählte Regionen Radarmessungen zur Erkundung der Subeistopographie und weiterhin Messungen zur Bestimmung der Oberflächentopographi durchgeführt Aus diesen Daten läà sich rechnerisch die Eigenbewegung des Eises errechnen. Bei der Bestimmung des q-Wertes wird übe Korrekturrechnungen der Einfluà der Eisbewegung auf das in der Eisbohrung gemessene Temperaturlog herausgerechnet. Als Beispiel dient hier die 83 m tiefe Eisbohrung am Mt. Howard, ca. 40 km landwärt der Küst Victoria Lands gelegen (161' 12,8'E, 75' 39,5'S). Der gemessene T-Verlauf ist in Abb. 2 gezeigt. Wegen der lokal minimalen Eisbewegung (vertikale Eisbewegung um 1,5 cmla) erübrig sich eine Korrekturrechnung. Der T-Gradient multipliziert mit der Wärmeleitfähigke des Eises (2,l WlmK) ergibt q zu 50 mWlm2.

Warmestrommessungen im marinen ereich: Abb.3 zeigt ein Wärmestrom profil von der Mt Howard-Bohrung bis zur DSDP Site 270 inmitten des Ross-Mee- res. Sieht man von der Dry Valley Bohrung (79 mWlm2) ab, die, in einem Tal gele- gen, möglicherweis durch zirkulierendes Tiefengrundwasser gestör ist (im Um- feld sind warme Quellen bekannt), scheint sich das eingangs gezeichnete Bild übe den Wärmestromkontras Kraton

-

Extensionsbecken zu bestätigen Erstaunlich ist jedoch die Variabilitat von q im marinen Bereich. Zum Vergleich sei hier das Er- gebnis japanischer q-Messungen (Kaminuma & Nagao, 1983) im marinen Bereich entlang eines Profils von der Küst Enderby Lands nach Norden gezeigt (Abb. 4).

Der Wärmestro sinkt in dieser geodynamisch in der jüngere Vergangenheit nicht gestörte Region systematisch von hohen Werten um 200 mWlm2 auf den fü alte kratonische Kruste zu erwartenden Wert um 40 mWlm2 ab. Dieses Ergebnis ist nur deutbar, wenn man fü die erhöhte Werte eine von der Küst nordwärt abneh- mende Störkomponent annimmt. Als wahrscheinlichste Quelle kommen aufströ

mende Tiefenwasser in Frage.

In meinem DFG-Abschlußberich (De 44211-3; "Wärmestro Antarktis") habe ich darauf verwiesen, da unter Teilen der Zentralantarktis Schmelzwasser unter ho- her Eisauflast existieren müssen die bei genügende Kluftpermeabilitat im Grund-

Abb. 1: Warmestrommessungen im Ross-Meer (aus. Stern & TenBrink, 1989).

M t Howard

A b b

Temperaturlog (Grad Celsius)

2: Gemessener ~ e m p e r a t u r v e r i a u f in der Bohrung Mt Howard (Victoria Land). DFG-Projekt De 4 4 2 / 1 - 3 , Warmestrom Antarktis

Distanz in km von Küst

MlH.- M[. Huward; DV

-

^{Dry Valleys; DIZ}

-

Dryyalski Eiszunyc

~ b b . 3: W Ã ¤ r m e s t r o m w e r t e n t l a n g eines P r o f i l s von V i c t o r i a L a n d z u r DSDP S i t e 270 ( s i e h e zu Daten a u c h Abb. 1 )

Wärmestro In der Lützow-Holm-Buch [nach Kaminuma & Nagao, 19831

1

I 4

b

3'0 ?n ^l 1 ^I U U ^I

Distanz von Küst in krn

Abb. 4: W à ¤ r m e s t r o m w e r t e n t l a n g eines P r o f i l s v o n d e r Küst E n d e r b y L a n d s s e e w à ¤ r t s

A) ANTARKTIS

-

Herzstüc des südliche Superkontinents, seine Bildunus- und Zerfallsphasen

3) Zerfallsprozesse des südliche Superkontinents (Gondwana) und rezente Krustenstruktur

C) Weddell-Meer-Bereich

mit Beiträge von

Jacobs, J., Kaul, N , &Weber, K.

Jokat, W. & Miller, Heinz

Boldt, G., Degutsch, M. & Kösters M.

Tektono-thermische Entwicklung des Kontinentalrands im Bereich der östliche Weddell See

Joachim Jacobs1, Norbert Kaul2 und Klaus Weber1

"Institut fü Geologie und Dynamik der Lithosphäre Göttingen 2Fachbereich 5, Geowissenschaften, Bremen

E i n l e i t u n g

Zeitpunkt und Prozeà des Gondwanazerfalls kann sowohl anhand der tek- tonothermischen Geschichte der erstehenden Kontinentalrände als auch anhand der Sedimentationsgeschichte auf den Schelfs bzw. Kuptenplateaus modelliert werden*: Der Kontinentalrand im Bereich der östliche Weddell See entwickelte sich im Jura währen des initialen Riftings zwischen Ost- und West-Gondwana.

Dieser Bereich des antarktischen Kontinentalrands hat fü die Kenntnis der initialen Gondwanafragmentierung eine besondere Bedeutung.

Der Begriff Kontinentalrand wird in der folgenden Darstellung fü den Saum des Kontinents verwendet, der vom Rifting betroffen wird; das ist der Bereich vom Schelf bis einige 100 km kontinenteinwärts Rifting führ im Bereich des Kontinen- talrands zu einem erhöhte topographischen Relief und bewirkt dadurch hohe Ab- tragungsraten. Der Beginn dieser beschleunigten Abtragungsgeschichte kann mit der Spaltspurmethode an Apatit bestimmt und modelliert werden. Die Ablage- rungsgeschichte auf dem angrenzenden Schelf bzw. Küstenplatea wird mit marin- geophysikalischen Methoden und Bohrungen erschlossen. In diesem Projekt wurde die Abtragungsgeschichte der Heimefrontfjella (ca. 500 km südlic der Neumayer Station), abgeleitet aus Apatit-Spaltspurdatierungen, mit der Sedimen- tationsgeschichte, abgeleitet aus marin-geophysikalischen Daten und ODP Boh- rungen, auf dem Küstenplatea westlich Kap Norwegias verglichen.

Geochronologische Quantifizierung der Abtragungsgeschichte m i t t e l s S p a l t s p u r m e t h o d e

Mit Hilfe der Spaltspurmethode könne Abkühlungs- Abtragungs- und Hebungs- geschichten in der kontinentalen Kruste modelliert werden. Dabei ist die Spalt- spurmethode an Apatit eine sensitive Methode zur Ableitung der Temperaturge- schichte unterhalb 120°C In der Heimefrontfjella wurden drei vertikale Profile be- probt und mit der Populationstechnik datiert (Jacobs, 1991; Jacobs et al., 1992). In einem tektonisch ungestörte Höhenprofi erwartet man eine positive Korrelation von Spaltspuraltern und Höhe Aus der Alterszunahme mit der Höh kann dann auf Abkühlungs- Hebungs- und Abtragungsraten geschlossen werden.

In der Heimefrontfjella wird das ca. 1100 Ma alte metamorphe Grundgebirge von permo-karbonen Sedimenten diskordant überlagert Dies beweist, da das Base- ment bereits im Palaozoikum auf Oberflächentemperatu abgekühl gewesen sein muß Die Apatit-Spaltspuralter weisen jedoch jünger Alter zwischen 230 und 90 Ma auf. Das Basement muà also post-permisch auf Temperaturen > 100° erwärm worden sein. Die Spaltspuralter fallen in zwei Altersgruppen. Proben mit Altern zwischen 125 und 90 Ma weisen überwiegen lange Spuren auf. Dies deutet dar- auf hin, da diese Proben den Bereich partieller Spurenverheilung (120-60°C schnell durchschritten haben und demzufolge als Abkühlalte interpretiert werden müssen

G9

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D U [

0

^At'antic Accelerated Denudation

Jurassic Volcanism

(B 0)

50 100 150 200 50 100 150 200 50 100 150 200 Apatite Fission Track Age [Ma]

Abb. 1: Tektono-thermische Entwicklung des Kontinentalsaums

seif dem Jura. Karbon bis Perm. Ablagerung fuviatiler und flach-mariner Sedimente (a).

Der 'Bouvet hat spots ^' fuhrt im Jura zur dynamischen Hebung des Kontinentalrands um Ca. 2 km (b). Effusion von 2-3 km Karoo Flutbasalten vor

-

^{180 Ma}

und Temperung des Basement

>

100°C Einsetzen intensiver Storungstektonik als Folge der Offnung des Sudatlantiks (d). Rezentes Profil (e).

Im Dokument "Nur wer Vergangenheit und Gegenwart versteht, kann es wagen, in die Zukunft zu schauen (Seite 129-142)