Μελέτη της γεωφυσικής και γεωλογικής δομής της Αδριατικής με βαρυτικές μετρήσεις

Abstract

This doctoral thesis is attempting to answer questions aiming at the deep but also shallow structure of the Adriatic Sea, empowered by the use of a different tool compared to the ones being used until today. The most vital parameter in completion of this task is the exportation of gravity from geodetic data coming from satellite missions. The first goal of the thesis lies with the successful compilation of a total gravitational database consisting of gridded Bouguer anomalies for the wider region of the Adriatic, as well as with the correct binding of heterogeneous data such as field gravity measurements and altimetric data. These data are consolidated through the application of least squares collocation, an interpolation method essentially which uses the statistical properties of the gravitational field and predicts its values on the grid points we have chosen. The whole procedure is based on the notion of the covariance function, which is normally used for geodetic applications. The completion of the Bouguer anomaly map is suggesting the second goal of the thesis. This lies with the accurate determination of the crust-mantle surface for the region, by using the Bouguer anomalies already computed. This determination is not one-sided, but has been completed using as common starting point the Bouguer anomaly database and applying on it several geophysical techniques in order to gain a wider range of results which could be compared to one another later on. The first determination of the crust-mantle surface is done through Werner deconvolution. As a result of this procedure, a 3D model of the Mohorovicic surface is formed in order to also compute the gravitational effect of this particular body framed by the Moho surface and zero height. This also helps us compute the field corrected for the effect of isostasy. The second approach of the Moho discontinuity is done through the experimental isostasy method, which uses the connection between the Fourier transformations of the topography and Bouguer anomalies and a so-called transfer function. This procedure has yielded the Moho depths once more as well as the gravitational effect they cause. The Moho depth, gravitational effect and field corrected for the effect of isostasy maps are being presented just like before. The third goal of the thesis is focused on modeling the deep structure of the Adriatic. The shape of the Bouguer anomalies is being used in order to visualize the crust and mantle conditions under the basin and adjacent regions. The fourth and last goal of the thesis lies with evaluating the shallower structures of the Adriatic by using databases which originate from Bouguer anomalies, such as the isostatic anomaly database (is derived from Bouguer anomalies).

Η παρούσα διατριβή επιχειρεί να δώσει απαντήσεις σε ερωτήματα που στοχεύουν στη βαθιά αλλά και επιφανειακή δομή της Αδριατικής, με τη βοήθεια ενός ξεχωριστού εργαλείου σε σχέση με αυτά που χρησιμοποιήθηκαν μέχρι σήμερα. Ζωτικής σημασίας παράμετρος για την ολοκλήρωση της συγκεκριμένης εργασίας αποτελεί η εξαγωγή της βαρύτητας από γεωδαιτικά δεδομένα δορυφορικών αποστολών. Πρώτο στόχο της παρούσας διατριβής αποτελεί η επιτυχής δημιουργία μιας συνολικής βάσης δεδομένων ανωμαλιών Bouguer σε πλέγμα για την ευρύτερη περιοχή της Αδριατικής και το σωστό «δέσιμο» ετερόκλητων δεδομένων όπως επίγειες, θαλάσσιες και δορυφορικές βαρυτικές μετρήσεις. Αυτά συνενώνονται μεταξύ τους με την εφαρμογή της μεθόδου της σημειακής προσαρμογής, μιας μεθόδου παρεμβολής ουσιαστικά η οποία εκμεταλλεύεται τις στατιστικές ιδιότητες του βαρυτικού πεδίου και «προβλέπει» τις τιμές αυτού στις θέσεις του πλέγματος που έχουμε επιλέξει. Η όλη διεργασία στηρίζεται στην έννοια της συνάρτησης συμμεταβλητότητας, που χρησιμοποιείται συνηθέστερα για γεωδαιτικούς σκοπούς. Η δημιουργία του χάρτη των ανωμαλιών Bouguer υπαγορεύει το δεύτερο στόχο της διατριβής. Αυτός εντοπίζεται στον ακριβέστερο καθορισμό του ορίου φλοιού-μανδύα για την περιοχή μέσω των ανωμαλιών Bouguer που ήδη υπολογίστηκαν. Ο καθορισμός αυτός δεν είναι μονόπλευρος αλλά επιλέχθηκε με κοινή αφετηρία τη βάση δεδομένων των ανωμαλιών Bouguer να χρησιμοποιηθούν αρκετές γεωφυσικές τεχνικές για μεγαλύτερη ποικιλία αποτελεσμάτων καθώς και για τη συγκριτική αξιολόγηση τους. Ο πρώτος καθορισμός της επιφάνειας φλοιού-μανδύα γίνεται με την εφαρμογή της αποσυνέλιξης Werner. Σαν αποτέλεσμα της διαδικασίας επιχειρείται μια τρισδιάστατη προσομοίωση της επιφάνειας Mohorovicic για τον μετέπειτα υπολογισμό του βαρυτικού αποτελέσματος που προκαλεί το σώμα που περικλείεται ανάμεσα σε αυτή και το υψόμετρο μηδέν. Μέσω αυτού υπολογίζεται και το πεδίο διορθωμένο για το αποτέλεσμα της ισοστασίας. Η δεύτερη προσέγγιση της επιφάνειας Moho γίνεται με τη μέθοδο της πειραματικής ισοστασίας, η οποία εκμεταλλεύεται τη σύνδεση ανάμεσα στους μετασχηματισμούς Fourier της τοπογραφίας και των ανωμαλιών Bouguer με τον μετασχηματισμό Fourier μιας συνάρτησης μεταφοράς. Από τη συνάρτηση αυτή εξάχθηκαν τόσο τα βάθη της Moho όσο και το βαρυτικό αποτέλεσμα που προκαλεί. Όπως και πριν, γίνεται παράθεση των χαρτών της ασυνέχειας Moho, του βαρυτικού της αποτελέσματος και του πεδίου διορθωμένου για την ισοστασία. Ο τρίτος στόχος της παρούσας διατριβής αφορά στη μοντελοποίηση της βαθιάς δομής της Αδριατικής. Η μορφή των ανωμαλιών Bouguer χρησιμοποιείται στην απεικόνιση του καθεστώτος που επικρατεί στο φλοιό και ανώτερο μανδύα κάτω από τη λεκάνη και τις γειτονικές της περιοχές. Τέταρτος και τελευταίος στόχος είναι η προσπάθεια εκτίμησης των ρηχότερων δομών της Αδριατικής με βάση παράγωγες βάσεις δεδομένων, όπως είναι η ισοστατική ανωμαλία (προκύπτει από την ανωμαλία Bouguer).