Wechselwirkungen zwischen Erdkruste, Mantel und äußerem Kern

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Eine neue Studie der University of Liverpool, in Zusammenarbeit mit den Universitäten von Lancaster und Oslo, beleuchtet eine Frage, die Geowissenschaftler bislang verwirrt hat. Es geht um die Korrelation zwischen Plattentektonik, Mantelkonvektion und die Umpolung des Magnetfeldes.

Mit bisher nicht verfügbaren Daten bestätigen die Forscher eine Korrelation zwischen der Bewegung der Plattentektonik auf der Erdoberfläche, dem Mantelfluss über dem Erdkern und der seit langem angenommenen Umkehrung des Erdmagnetfeldes. In einem in der Zeitschrift Tectonophysics veröffentlichten Artikel legen sie nahe, dass es etwa 120-130 Millionen Jahre dauert, bis Platten aus dem alten Meeresboden von der Erdoberfläche bis zu einer ausreichenden Tiefe im Erdmantel sinken, wo sie den Kern kühlen können. Das wiederum bewirkt, dass das flüssige Eisen im äußeren Kern der Erde stärker strömt und eine schnellere Umkehrungen des Erdmagnetfeldes erzeugt.

Diese Studie ist die erste, die diese Korrelation unter Verwendung von Aufzeichnungen und Proxies globaler Subduktionsraten aus verschiedenen Quellen einschließlich eines kontinuierlichen globalen Plattenrekonstruktionsmodells, das an der Universität von Sydney entwickelt wurde, demonstriert . Diese Aufzeichnungen wurden mit einer neuen Zusammenstellung von Magnetfeldumkehrungen verglichen, deren Auftreten in vulkanischen und sedimentären Gesteinen eingeschlossen sind. Der Liverpool-Paläomagnetiker Professor Andy Biggin sagte: “Bis vor kurzem hatten wir keine ausreichenden Aufzeichnungen darüber, wie stark sich die globalen Subduktionsraten in den letzten hundert Millionen Jahren verändert hatten, und so hatten wir nichts Vergleichbares mit den magnetischen Aufzeichnungen.

“Als wir sie vergleichen konnten, fanden wir heraus, dass die Daten von Subduktionsgeschwindigkeit und magnetischer Umkehrgeschwindigkeit korrelieren, nachdem eine Zeitverzögerung von 120-130 Millionen stattfand. Wir sind uns nicht sicher, ob die Korrelation kausal ist, aber es scheint zu unserem Verständnis zu passen, wie die Kruste, der Mantel und der Kern sich gegenseitig beinträchtigen und dieser Wert von 120-130 Millionen könnte eine wirklich nützliche Beobachtungsbeschränkung darstellen. Schnell können die Platten des alten Meeresbodens durch den Mantel fallen und die Strömungen in ihm und im darunter liegenden Kern beeinflussen.”

Das Magnetfeld wird tief in der Erde in einem flüssigen äußeren Kern aus Eisen und anderen Elementen erzeugt, die elektrische Ströme erzeugen, die wiederum magnetische Felder bilden.

Wechselwirkung zwischen der Erdkruste, dem Mantel und dem äußeren Kern. © Kay Lancaster, Universität von Liverpool

Der Kern ist von einem fast 3.000 km dicken Mantel umgeben, der zwar aus massivem Gestein besteht, jedoch sehr langsam fließt (mm pro Jahr). Der Mantel erzeugt Konvektionsströme, die stark mit der Bewegung der tektonischen Platten verbunden sind, aber auch den Kern beeinflussen, indem die Wärmemenge variiert wird, die über die Kern-Mantel-Grenze übertragen wird.

Das Magnetfeld der Erde dreht gelegentlich seine Polarität und die durchschnittliche Länge der Zeit zwischen solchen Flips hat sich durch die Erdgeschichte dramatisch verändert. Zum Beispiel treten solche magnetischen Umkehrungen heutzutage im Durchschnitt viermal pro Million Jahre auf, aber vor hundert Millionen Jahren blieb das Feld im Wesentlichen für fast 40 Millionen Jahre in der gleichen Polarität.

Professor Biggin leitet die Forschungsgruppe Deeping evening Evolution from Palaeomagnetism (DEEP) der Universität, die geophysikalische und geologische Forschungsexpertise vereint, um den Paläomagnetismus als ein Werkzeug zum Verständnis tieferer Erdprozesse über Zeiträume von Millionen bis Milliarden von Jahren hinweg zu entwickeln.

Artikel:

University of Liverpool; New insight into Earth’s crust, mantle and outer core interactions; June 5, 2018

 

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