Der glühende Friedhof der Erdplatten

22. Juli 2005, 19:51
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Tief im Inneren der Erde gehen alte Kontinente ihrem heißen Ende entgegen: Forscher haben neue Beweise dafür gefunden, dass gigantische Magmasäulen aus dieser Region aufsteigen

Münster - Um zu einer der interessantesten Regionen der Erde zu gelangen, müsste man 2700 Kilometer weit reisen - nach unten. An der Grenze zwischen Erdmantel und Erdkern herrscht eine Hitze wie auf der Sonne, hier sammelt sich quasi der Bodensatz der Erde: Uralte, von der Oberfläche abgesunkene Kontinente mischen sich mit Eisenschlacke, die aus dem Kern aufsteigt. Der Friedhof der Erdplatten ist zugleich der Ursprung gigantischer Magmapilze, die Inseln wie etwa Hawaii entstehen lassen und wie Schweißbrenner Kontinente aufschmelzen können.

Neue Studien über die rund 200 Kilometer dicke D''-Schicht (sprich: D-Zwei-Strich-Schicht) an der Kern-Mantel-Grenze ergaben jetzt, dass der Einfluss der Unterwelt auf das Geschehen an der Oberfläche größer ist als gedacht. Vermutlich sind die Turbulenzen in der D''-Schicht dafür verantwortlich, dass Kontinente über die Erde driften, Gebirge entstehen und es überhaupt Festland gibt.

Das legen Computerexperimente nahe, die die Geophysiker Ulrich Hansen und Kai Stemmer von der Universität Münster jüngst auf einer Tagung am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge vorstellten. Die Modelle fußen auf physikalischen Formeln, die die Bedingungen im Erdinneren beschreiben.

Weil aber beispielsweise die Temperaturen im Inneren der Erde nicht exakt bekannt sind, lassen die Forscher mehrere Modelle laufen. In einem stimmen alle Simulationen überein: Die aus der D''-Schicht aufsteigenden so genannten Plumes sorgen für starke Umwälzungen im Erdmantel.

Die Erforschung der unzugänglichen D''-Schicht ist schwierig - die tiefsten Bohrungen schaffen gerade ein Zweihundertstel des Weges. Deshalb lauschen die Forscher Erdbeben. Deren Schockwellen geben Auskunft über das Erdinnere, denn sie verändern ihre Geschwindigkeit - je nachdem, welches Material sie passieren. Auf dem gesamten Weg durch den Erdmantel beschleunigen sich die Bebenwellen stetig. In der D''-Schicht jedoch ändert sich ihre Geschwindigkeit auf geradezu chaotische Weise: Einmal werden sie langsamer, dann wieder schneller.

Die Ursache sind große Temperaturunterschiede von bis zu 700 Grad innerhalb der D''-Schicht, wie Forscherteams jüngst in den Fachblättern Nature und Journal of Geophysical Research berichteten. Diese Unregelmäßigkeiten geben den Wissenschaftern Einblicke in die Tiefe. Genau wie ein Arzt das Kind im Bauch einer Schwangeren mithilfe von Ultraschall sichtbar macht, offenbaren die Bebenwellen Strukturen im Erdinneren.

Spukhafte Gebilde

Auf den seismischen Tomogrammen des Geophysikers Michael Wysession von der Washington University in St. Louis zeichnen sich in der D''-Schicht spukhafte Gebilde von 500 Kilometern Breite und mehreren Tausend Kilometern Länge ab. "Es handelt sich vermutlich um Erdplatten, die vor vielen Millionen Jahren versunken sind", erklärt Wysession. Weil die Platten unter dem heutigen Mittelmeer lägen, könne es sich um die abgesunkenen Überreste des Urmittelmeers handeln. Der ehemalige Meeresboden ruht keineswegs friedlich. Er ist umgeben von gigantischen Magmablasen, berichteten Forscher von der Arizona State University in Nature.

1300 Tonnen Gewicht

Das ist überraschend, weil in dieser Tiefe ein enormer Druck herrscht: Auf jedem Quadratzentimeter lastet ein Gewicht von rund 1300 Tonnen. Die Teilchen sollten also nicht zähflüssig, sondern fest sein. Dass dennoch Magma vorhanden ist, liegt vermutlich an örtlich aus dem Erdkern aufsteigenden Eisenschlacken, meinen die Wissenschafter. Eisen senkt den Schmelzpunkt des Gesteins. Die Magmablasen in der D''-Schicht drücken örtlich sogar Dellen in die Erdoberfläche, meint Edward Garnero von der Arizona State University: Vulkaninseln wie Hawaii lägen exakt über solchen Blasen.

Die neuen Studien bestätigen damit die Theorie über die "Hot-Spot-Vulkane", die von gewaltigen Magmaschläuchen gespeist werden. Diese Plumes sollen von der Erdoberfläche bis hinunter zur Kern-Mantel-Grenze reichen. Angeheizt vom bis zu 7000 Grad heißen Erdkern steigt das Magma langsam auf - wie heißer Brei in einem Topf.

Seismische Tomogramme des Geophysikers Stephan Sobolev vom Geoforschungszentrum Potsdam zeigen schemenhaft einen gigantischen Schlot heißen Gesteins unter Hawaii. Die Plumes verbinden die höllische D''-Schicht mit der Erdoberfläche: Mit ihnen gelangt möglicherweise vor Äonen abgesunkene Erdkruste wieder ans Tageslicht. Das jedenfalls glauben Forscher um Janne Blichert-Toft von der Ecole Normale Supérieure in Lyon. Sie fanden im Magmagestein Hawaiis Spuren alter Erdkruste. Das, sollte es bestätigt werden, wäre der Beweis für den gigantischen Gesteinskreislauf. (Axel Bojanowski/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 23./24. 7. 2005)

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    Magmapilze aus dem Erdinneren (siehe Grafik) lassen Inseln wie Hawaii entstehen. Im Gestein Hawaiis fanden Forscher Spuren alter Erdkruste: Hinweis auf den Gesteinskreislauf.

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    grafik: /standard/sebastian rost
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