Der tiefe Erdmantel fließt dynamisch

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Wenn uralte Ozeanböden über 1.000 km in das tiefe Innere der Erde vordringen, lassen sie heißes Gestein im unteren Mantel viel dynamischer fließen, als bisher angenommen. Das ergab eine neue University College London-geführte Studie. Die Entdeckung beantwortet langjährige Fragen nach der Art und den beeinflussenden Mechanismen der Mantelströmung im unzugänglichen Teil des tiefen Erdmantels. Dies ist der Schlüssel zum Verständnis, wie schnell sich die Erde abkühlt und zeigt auch die dynamische Entwicklung unseres Planeten und anderer im Sonnensystem.

“Wir stellen uns den Erdmantel oft als eine Flüssigkeit vor, die fließt, aber so ist es nicht – es ist ein sehr zähflüssiger Stoff, der sich mit der Zeit nur sehr langsam bewegt. Traditionell wird angenommen, dass der Gesteinsfluss im unteren Erdmantel träge verläuft, bis man den Kern des Planeten trifft. Die dynamischste Wirkung zeigt sich im oberen Mantel, der nur bis zu einer Tiefe von 660 km reicht. Wir haben gezeigt, dass dies in großen Regionen tief unter dem südpazifischen Rand und in Südamerika nicht der Fall ist”, erklärte Dr. Ana Ferreira (UCL Earth Sciences und Universidade de Lisboa).

“Hier tritt der gleiche Wirkmechanismus im unteren Mantel auf, der die Bewegungen und Verformungen im heißen, unter Druck stehenden Gestein im oberen Mantel verursacht. Wenn diese erhöhte Aktivität gleichmäßig über den ganzen Globus verteilt stattfindet, könnte die Erde schneller abkühlen, als wir bisher dachten”, fügte Dr. Manuele Faccenda, Universita di Padova hinzu.

Die heute in Nature Geoscience von Forschern der UCL, der Universidade de Lisboa, der Universita di Padova, der Kangwon National University und der Tel Aviv University veröffentlichte Studie belegt eine dynamische Bewegung im unteren Erdmantel, wo alte Ozeanböden in Richtung Erdkern abtauchen und vom oberen Mantel (bis zu ~660 km unter der Kruste) in den unteren Mantel (~660-1.200 km tief) übergehen.

Querschnitte des Erdmantels bis in eine Tiefe von 1.400 km, die Veränderungen in seinem Fluss zeigen, wenn alte Meeresböden in das tiefe Innere der Erde eintauchen.
(Ill.: Ana Ferreira, UCL)

Das Team stellte fest, dass die Verformung und die erhöhte Strömung im unteren Mantel wahrscheinlich auf die Bewegung von Defekten im Kristallgitter von Gesteinen in der tiefen Erde zurückzuführen ist, einem Verformungsmechanismus namens “dislocation creep”, dessen Anwesenheit im tiefen Mantel Gegenstand der Debatte war.
Die Forscher nutzten große Datensätze, die aus seismischen Wellen gewonnen wurden, die bei Erdbeben entstanden sind, um zu untersuchen, was tief im Inneren der Erde passiert. Die Technik ist gut etabliert und vergleichbar mit der Verwendung von Strahlung bei CAT-Scans, um zu sehen, was im Körper passiert.

“In einem CAT-Scan durchlaufen engmaschige Röntgenstrahlen den Körper zwischen den Detektoren und der Quelle, die ein Bild erzeugen. Seismische Wellen durchqueren die Erde auf die gleiche Weise und werden von seismischen Stationen auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten zum Erdbebenepizentrum erfasst, so dass wir uns ein Bild von der Struktur des Erdinneren machen können”, erklärte Dr. Sung-Joon Chang, Kangwon National University.

Durch die Kombination von 43 Millionen seismischen Datenmessungen mit dynamischen Computersimulationen mit den britischen Hochleistungsrechnern HECToR, Archer und dem italienischen Galileo Computing Cluster, CINECA, erzeugten die Forscher Bilder, um zu kartieren, wie der Erdmantel in Tiefen von ~1.200 km unter unseren Füßen fließt.

Sie enthüllten eine erhöhte Mantelströmung unter dem Westpazifik und Südamerika, wo alte Ozeanböden über Millionen von Jahren in Richtung Erdkern wandern.

Diese Methode der Kombination von seismischen Daten mit geodynamischer Computermodellierung kann nun genutzt werden, um detaillierte Karten zu erstellen, wie der gesamte Mantel weltweit fließt und um zu sehen, ob der dislocation creep in extremen Tiefen einheitlich ist.

Die Forscher wollen zudem modellieren, wie sich Materie vom Erdkern zur Oberfläche bewegt, was zusammen mit dieser neuesten Studie den Wissenschaftlern helfen wird, besser zu verstehen, wie sich unser Planet in seinen heutigen Zustand entwickelt hat.

Wir können viel über andere Planeten lernen, wenn wir die Geheimnisse unseres eigenen enthüllen”, schloss Dr. Ferreira. “Wodurch werden Mantelströmungen auf der Erde gesteuert? Warum gibt es Leben auf unserem Planeten, aber nicht auf anderen Planeten, wie beispielsweise auf der Venus, die eine ähnliche Größe und Lage im Sonnensystem hat, aber wahrscheinlich einen ganz anderen Stil von Mantelströmungen besitzt.



Veröffentlichung: Ubiquitous lower-mantle anisotropy beneath subduction zones, Nature Geoscience (2019). DOI: 10.1038/s41561-019-0325-7 , https://www.nature.com/articles/s41561-019-0325-7 

Quelle: off. Pm des University College London



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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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