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We study segregation of the subducted oceanic crust (OC) at the core mantle boundary and its ability to accumulate and form large thermochemical piles (such as the seismically observed Large Low Shear Velocity Provinces - LLSVPs). Our high-resolution numerical simulations suggest that the longevity of LLSVPs for up to three billion years, and possibly longer, can be ensured by a balance in the rate of segregation of high-density OC-material to the CMB, and the rate of its entrainment away from the CMB by mantle upwellings.
For a range of parameters tested in this study, a large-scale compositional anomaly forms at the CMB, similar in shape and size to the LLSVPs. Neutrally buoyant thermochemical piles formed by mechanical stirring - where thermally induced negative density anomaly is balanced by the presence of a fraction of dense anomalous material - best resemble the geometry of LLSVPs. Such neutrally buoyant piles tend to emerge and survive for at least 3Gyr in simulations with quite different parameters. We conclude that for a plausible range of values of density anomaly of OC material in the lower mantle - it is likely that it segregates to the CMB, gets mechanically mixed with the ambient material, and forms neutrally buoyant large scale compositional anomalies similar in shape to the LLSVPs.
We have developed an efficient FEM code with dynamically adaptive time and space resolution, and marker-in-cell methodology. This enabled us to model thermochemical mantle convection at realistically high convective vigor, strong thermally induced viscosity variations, and long term evolution of compositional fields.
Die Eifel ist eines der jüngsten vulkanischen Gebiete Mitteleuropas. Die letzte Eruption ereignete sich vor ungefähr 11000 Jahren. Bisher ist relativ wenig bekannt über die tieferen Mechanismen, die für den Vulkanismus in der Eifel verantwortlich sind. Erdbebenaktivität deutet ebenso darauf hin, dass die Eifel eines der geodynamisch aktivsten Gebiete Mitteleuropas ist. In dieser Arbeit wird die Receiver Function Methode verwendet, um die Strukturen des oberen Mantels zu untersuchen. 96 teleseismische Beben (mb > 5.2) wurden ausgewertet, welche von permanenten und mobilen breitbandigen und kurzperiodischen Stationen aufgezeichnet wurden. Das temporäre Netzwerk registrierte von November 1997 bis Juni 1998 und überdeckte eine Fläche von ungefähr 400x250 km². Das Zentrum des Netzwerkes befand sich in der Vulkaneifel. Die Auswertung der Receiver Function Analyse ergab klare Konversionen von der Moho und den beiden Manteldiskontinuitäten in 410 km und 660 km Tiefe, sowie Hinweise auf einen Mantel-Plume in der Region der Eifel. Die Moho wurde bei ungefähr 30 km Tiefe beobachtet und zeigt nur geringe Variationen im Bereich des Netzwerkes. Die beobachteten Variationen der konvertierten Phasen der Moho können mit lateralen Schwankungen in der Kruste zu tun haben, die mit den Receiver Functions nicht aufgelöst werden können. Die Ergebnisse der Receiver Function Methode deuten auf eine Niedriggeschwindigkeitszone zwischen 60 km bis 90 km in der westlichen Eifel hin. In etwa 200 km Tiefe werden im Bereich der Eifel amplitudenstarke positive Phasen von Konversionen beobachtet. Als Ursache hierfür wird eine Hochgeschwindigkeitszone vorgeschlagen, welche durch mögliches aufsteigendes, dehydrierendes Mantel-Material verursacht wird. Die P zu S Konversionen an der 410 km Diskontinuität zeigen einen späteren Einsatz als nach dem IASP91-Modell erwartet wird. Die migrierten Daten weisen eine Absenkung der 410 km Diskontinuität um bis zu 20 km Tiefe auf, was einer Erhöhung der Temperatur von bis zu etwa 140° Celsius entspricht. Die 660 km Diskontinuität weist keine Aufwölbung auf. Dies deutet darauf hin, dass kein Mantelmaterial direkt von unterhalb der 660 km Diskontinuität in der Eifel-Region aufsteigt oder, dass der Ursprung des Eifel-Plumes innerhalb der Übergangszone liegt.
