Srovnání různých metod pro modelování Moho pod oceány a okrajov moři: případová studie pro Indický oceán

Jelikož jsou mořské seismické studie relativně řídké a nerovnoměrně rozložené, podrobné tomografické snímky geometrie Moho pod velkými částmi světových oceánů a okrajových moří nejsou dosud k dispozici. Údaje o mořské gravitaci se proto často používají k detekci hloubky Moho v těchto oblastech. Alternativně lze pro tento účel použít izostatickou teorii dle Airyho. V této studii porovnáváme různé izostatické a gravimetrické metody pro rekonstrukci Moho pod oceánskou kůrou a kontinentálními okraji, zejména se zaměřením na numerickou přesnost Airy, Vening Meinesz – Moritz (VMM), přímé gravitační inverze a zobecněné (pro Zemi sférická aproximace) Parker – Oldenburgovy metody. K odhadu hloubky Moho pod Indickým oceánem jsou prováděny numerické experimenty. Výsledky ukazují, že mezi těmito zkoumanými metodami je model VMM pravděpodobně nejvhodnější pro gravimetrické získaní Moho pod oceánskou kůrou a kontinentálními okraji, když vezmeme v úvahu informace o hustotě litosférického pláště. Tato metoda mohla do jisté míry realisticky modelovat geometrii Moho pod rozprostírajícími se hřebeny oceánů, subdukcemi oceánů, většinou oceánských sopečných útvarů a mořskými sedimenty. Tento model nicméně stále nedokáže plně reprodukovat postupné prohlubování Moho způsobené vodivým ochlazováním a následnou izostatickou rovnováhou oceánské litosféry, kterou lze funkčně popsat prohlubováním Moho se zvyšujícím se věkem oceánského dna. Výsledky také naznačují, že metoda Airy typicky nadhodnocuje hloubku Moho pod oceánskými vulkanickými formacemi, zatímco přímá gravitační inverze a zobecněné Parker-Oldenburgovy metody nemohly reprodukovat podrobnější rysy Moho geometrie. Protože Prattova teorie lépe popisuje rozsáhlý izostatický mechanismus oceánské litosféry pomocí variací hustoty kompenzace, ale nezohledňuje další změny hloubky kompenzace (tj. Hloubku Moho), které jsou způsobeny těmito změnami hustoty, testovali jsme možnost kombinace Prattovy a Airyho izostatické teorie za účelem odhadu hloubky Moho pod oceánskou kůrou. Ani tento kombinovaný model nedokáže plně reprodukovat postupné prohlubování Moho s rostoucím věkem oceánského dna.Since marine seismic studies are relatively sparse and unevenly distributed, detailed tomographic images of the Moho geometry under large parts of the world’s oceans and marginal seas are not yet available. Marine gravity data is, therefore, often used to detect the Moho depth in these regions. Alternatively, Airy’s isostatic theory can be applied for this purpose. In this study, we compare different isostatic and gravimetric methods for a Moho recovery under the oceanic crust and continental margins, particularly focusing on a numerical performance of Airy, Vening Meinesz–Moritz (VMM), direct gravity inversion, and generalized (for the Earth’s spherical approximation) Parker–Oldenburg methods. Numerical experiments are conducted to estimate the Moho depth beneath the Indian Ocean. Results reveal that, among these investigated methods, the VMM model is probably the most suitable for a gravimetric Moho recovery beneath the oceanic crust and continental margins, when taking into consideration the lithospheric mantle density information. This method could to some extent model realistically a Moho geometry beneath mid-oceanic spreading ridges, oceanic subductions, most of oceanic volcanic formations, and marine sediment deposits. Nonetheless, this model still cannot fully reproduce a gradual Moho deepening caused by a conductive cooling and a subsequent isostatic rebalance of the oceanic lithosphere, which can functionally be described by a Moho deepening with the increasing ocean-floor age. Results also indicate that the Airy method typically overestimates the Moho depth under oceanic volcanic formations, while the direct gravity inversion and generalized Parker–Oldenburg methods could not reproduce more detailed features in the Moho geometry. Since Pratt’s theory better describes a large-scale isostatic mechanism of the oceanic lithosphere by means of compensation density variations, but does not account for additional changes in compensation depth (i.e., Moho depth) that are caused by these density changes, we tested a possibility of combining Pratt and Airy’s isostatic theories in order to estimate the Moho depth under the oceanic crust. Even this combined model cannot fully reproduce a gradual Moho deepening with the increasing ocean-floor age