Elektromagnetische Arraymessungen im Rheinischen Schiefergebirge: Modelle der elektrischen Leitfähigkeit der Erdkruste und des oberen Mantels mit Verbindungen zum Eifelvulkanismus

Abstract

Das Rheinische Schiefergebirge war im Tertiär und Quartär Schauplatz eines ausgeprägten Intraplattenvulkanismus. Einige vulkanische Bildungen der Eifel sind mit einem Alter von rund 10.000 Jahren die jüngsten in Mitteleuropa. Möglicherweise existiert unter diesem Gebiet ein sogenannter Mantelplume. Man versteht darunter heißes Material, das in einem relativ eng begrenzten Strahl (Größenordnung 100 km) im Erdmantel aufsteigt. Geht man davon aus, daß ein solcher Plume Gesteinsschmelzen mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit enthält, so kann er mit Hilfe elektromagnetischer Methoden nachgewiesen werden. Dabei werden die natürlichen Variationen des Erdmagnetfeldes ausgenutzt, um durch Messung der induzierten elektrischen und magnetischen Felder an der Erdoberfläche die räumliche Leitfähigkeitsverteilung im Untergrund zu bestimmen. Mit Hilfe eines großräumigen Stationsnetzes (30 Stationen bedeckten eine Fläche von etwa 140 km x 130 km) wurde die elektrische Leitfähigkeit der Erdkruste (bis etwa 30 km Tiefe) und des oberen Mantels (30 - 200 km Tiefe) unter der Eifel untersucht. Dabei wird unter der Westeifel in der oberen Kruste eine markante Leitfähigkeitsanomalie gefunden. Sie hat eine Ausdehnung von etwa 30 km x 140 km und manifestiert sich besonders in einem starken anomalen magnetischen Feld. Außerdem kann unter dem gesamten Meßgebiet eine leitfähige Schicht in der mittleren Kruste aufgelöst werden. Sie besitzt eine anisotrope Leitfähigkeitsstruktur mit einer Leitfähigkeit von etwa 2000 S in Nordost-Südwestrichtung. Auch im oberen Mantel (ab etwa 70 km Tiefe) wird ein Bereich erhöhter elektrischer Leitfähigkeit gefunden. Die bevorzugte Stromrichtung verläuft hier etwa in West-Ostrichtung.