Wissenschaftler des Laboratoire de géologie de Lyon: Terre, planètes et environnement (CNRS/ENS de Lyon/Université Claude Bernard) berichten, dass bereits geringe Mengen geschmolzenen Gesteins unterhalb der tektonischen Platten einen Einfluss auf deren Bewegung haben. Ihr neues Modell berücksichtigt nicht nur die Geschwindigkeit der seismischen Wellen, sondern auch die Art und Weise, in der sie durch das Medium, das sie durchlaufen, gedämpft werden. Die Geschwindigkeit der tektonischen Platten in der Nähe der Oberfläche ist somit direkt mit der Menge des vorhandenen Magmas korreliert.
Die Lithosphäre, die äußere Schicht der Erde, setzt sich aus der Kruste und einem Teil des oberen Erdmantels zusammen. Sie ist in starre Platten unterteilt, die als tektonische oder lithosphärische Platten bekannt sind. Diese bewegen sich auf einer flüssigeren Schicht des Erdmantels, der Asthenosphäre. Die niedrigere Viskosität der Asthenosphäre erlaubt es den tektonischen Platten, sich auf dem darunter liegenden Mantel zu bewegen, aber bis heute ist der Ursprung dieser niedrigen Viskosität unbekannt.
Die seismische Tomographie erzeugt dreidimensionale Bilder des Erdinneren, indem Millionen von seismischen Wellen analysiert werden, die an seismologischen Stationen auf der Erdoberfläche aufgezeichnet wurden. Seit den 1970er Jahren analysieren Seismologen diese Wellen mit dem Ziel, einen einzigen Parameter zu identifizieren: ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit. Dieser Parameter variiert mit der Temperatur (je kälter das Medium, desto schneller kommen die Wellen an), der Zusammensetzung und dem möglichen Vorhandensein von geschmolzenem Gestein in dem Medium, das die Wellen durchqueren. Die Seismologen untersuchten stattdessen neben der Variation der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit einen weiteren Parameter: Die Wellendämpfung. Diese Analyse, die neue Informationen über die Temperatur des von den Wellen durchquerten Mediums liefert, erlaubt es, die Menge des geschmolzenen Gesteins in dem von den Wellen durchquerten Medium zu bestimmen.
Def. Wellendämpfung: fortschreitende Amplitudenabnahme bei der Ausbreitung seismischer Wellen. (Quelle: Spektrum, Lexikon der Geowissenschaften)
Ihr neues Modell ermöglichte es zum ersten Mal, die Menge des geschmolzenen Gesteins unter den tektonischen Platten abzubilden. Diese Arbeit offenbart, dass eine geringe Menge an geschmolzenem Gestein (weniger als 0,7 Volumenprozent) in der Asthenosphäre unter den Ozeanen vorhanden ist, und zwar nicht nur dort, wo dies erwartet wurde. Dies gilt nicht nur für die Bereiche unter den Ozeanrücken und einigen Vulkanen wie Tahiti, Hawaii oder Réunion, sondern auch für alle ozeanischen Platten. Der geringe Prozentsatz an geschmolzenem Gestein, der beobachtet wurde, reicht aus, um die Viskosität unterhalb der tektonischen Platten um ein oder zwei Größenordnungen zu verringern und sie so vom darunter liegenden Mantel “abzukoppeln”.
Darüber hinaus beobachteten die Seismologen aus Lyon, dass die Menge des geschmolzenen Gesteins unter den sich am schnellsten bewegenden Platten, wie z.B. der pazifischen Platte, höher ist. Dies deutet darauf hin, dass das Schmelzen des Gesteins die Bewegung der Platten und die Verformung an ihrer Basis fördert. Diese Forschung verbessert unser Verständnis der Plattentektonik und ihrer Funktionsweise.
Veröffentlichung: Seismic evidence for partial melt below tectonic plates. Eric Debayle, Thomas Bodin, Stéphanie Durand, et Yanick Ricard . October 21, 2020, Nature. DOI : 10.1038/s41586-020-2809-4
Quelle: off. Pm des Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
Titelbildunterschrift: Dreidimensionale Visualisierung des partiellen Schmelzens an der Basis von tektonischen Platten. Die orangefarbenen Iso-Oberflächen zeigen die Regionen, in denen in einer Tiefe zwischen 100 und 300 km die Menge des geschmolzenen Gesteins größer als 0,2% ist. Die weiße Kugel in der Mitte der Erdkugel stellt den Erdkern dar. (Grafik: Stéphanie Durand, Laboratoire de géologie de Lyon)
Pia Gaupels
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