Benutzerspezifische Werkzeuge
Sie sind hier: Startseite Wissen Quertreiben im Erdmantel

Quertreiben im Erdmantel

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 01.02.2008 16:02

Alfred Wegeners Theorie der Kontinentaldrift ist inzwischen mehr als 90 Jahre alt und seit fast einem halben Jahrhundert prägt das daraus hervorgegangene Modell der Plattentektonik unsere Vorstellungen vom Geschehen in den oberen Schalen des Erdkörpers. Danach gibt es dort gewaltige Walzen, bei denen an einer Stelle heißes Material aus dem Erdinneren aufwallt, während an der gegenüberliegenden Stelle kaltes zurück ins Erinnere sinkt. Durch diese Konvektionsströme werden die ozeanischen und kontinentalen Platten über die Erdoberfläche gezogen. Doch so funktioniert die Tektonik nur im Groben, Überraschungen gibt es für die Geophysiker immer wieder. Von einer solchen berichten Geochemiker jetzt in einer Vorabveröffentlichung des Magazins „Nature“.

Ein internationales Team um Kaj Hoernle, Professor am IFM-Geomar, hat herausgefunden, dass die ozeanische Kruste, die vor der Pazifikküste Costa Ricas unter Mittelamerika abtaucht und im Erdmantel versinkt, im Mantel eine quer zur eigentlichen Flußrichtung verlaufende Strömung auslöst. „Die Platte bewegt sich in eine Richtung und muss den Mantel irgendwie aus dem Weg schieben“, erklärt Hoernle. Die abtauchende Platte „durchpflügt“ den Erdmantel wie ein Schiff – und dem bleibt nichts anderes übrig, als um sie herum fließen. Also quillt er zu den Seiten weg und das ist als Querströmung bemerkbar. „Die Rate dieser Lateralbewegung ist mit etwa 60 Millimeter pro Jahr in der gleichen Größenordnung wie die Subduktionsrate der Platte mit etwa 85 Millimeter“, führt der Geochemiker aus.

Eine solche Querströmung ist aber bislang in den Vorstellungen der Geophysiker nicht vorgesehen. „Die klassischen Modelle zeigen nur zweidimensionales Fließen“, erklärt Hoernle. Wie ein nasses Handtuch vom Badewannenrand sollte die klassische ozeanische Platte in den Erdmantel hinabrutschen und das dortige Gestein mit sich ziehen. Dadurch kommt der Abwärtsstrom der Konvektion zustande, dem an anderer Stelle ein Aufwärtsstrom gegenübersteht. Doch unter Costa Rica und Nicaragua ist es komplizierter, und damit ist diese Weltgegend offenbar nicht allein: „Es gibt Hinweise, dass Mittelamerika nicht die Ausnahme ist“, so der Geochemiker, „sondern dass es eigentlich häufiger vorkommt auf der Erde.“

Da diese Querströmung ungefähr so ausgeprägt ist wie der Fluss in die „Hauptrichtung“, ändert sie die gesamte Bilanz für Temperaturbedingungen, Schmelzprozesse und Materialtransport entlang der Subduktionszone. Hoernle: „Die ganzen Modelle für die chemische und thermische Struktur von Subduktionszonen müssen im Prinzip neu berechnet werden, um dieses laterale Fließen in Kauf zu nehmen.“ Unter Costa Rica ist es offenbar so, dass die herabfließende Platte eine Menge Flüssigkeit freisetzt, denn als ozeanische Kruste hat sie sich zuvor über viele Millionen Jahre ein dickes Paket aus wassergesättigtem Sediment zugelegt. Je weiter die Platte nach unten vordringt, desto heißer wird es, und schließlich wird das Wasser ausgetrieben und landet im umgebenden Mantelgestein. Das wird dadurch fließfähiger und kann leichter zu den Seiten wegströmen.

Für die Bewohner Mittelamerikas an der Erdoberfläche könnten diese Erkenntnisse auch ganz praktische Konsequenzen haben. Ihre Länder sind gespickt mit Vulkanen, aus denen sich immer wieder die Energien dieser gewaltigen Umwälzbewegung tief im Erdinneren entladen. „Das hat natürlich Auswirkungen auf die Magmenentstehung und den Gehalt des Magmas an flüchtigen Stoffen“, erklärt Geochemiker Kaj Hoernle, „und das hat wiederum Bedeutung für die vulkanische Aktivität, wie explosiv die Vulkane sind.“

Hoernle und sein Team haben die Entdeckung einer besonderen Situation im Pazifik vor Mittelamerika zu verdanken. Vor der Küste Südamerikas sitzt ein so genannter Hotspot, eine Hitzeanomalie im Erdmantel, die vermutlich tief unten an der Grenze zum Erdkern entsteht und sich wie ein Schneidbrenner durch das über ihr liegende Gestein zur Erdkruste emporfrisst. Dieser Schneidbrenner ist bereits seit vielen Millionen Jahren aktiv, bleibt aber ortsfest, während sich die Krustenplatten über ihn hinweg bewegen. So ist auf der ozeanischen Cocos-Platte im Laufe der Zeit eine Kette von untermeerischen Vulkanen, so genannte sea mounts, entstanden, die erloschen, sobald sie sich vom Ort des Hotspots entfernten.

Derzeit liegen die Galapagos-Inseln über dieser Anomalie, doch von ihnen reicht eine Spur immer älterer Erhebungen bis zur mittelamerikanischen Pazifikküste, wo sie unter der Kontinentalplatte verschwinden. „Diese Spur hat eine einmalige chemische Signatur“, erklärt Hoernle, durch die sie sich vom Rest des umliegenden Gesteins unterscheiden. Wo die Vulkane Mittelamerikas also Lava mit dieser Signatur ausspucken, da müssen die entsprechenden Stoffe hingewandert sein. „Diese Signatur können wir bis Nordwestnicaragua verfolgen“, erklärt Hoernle. Das aber liegt 400 Kilometer entfernt und ist vor allem gegenüber der Plattenfließrichtung nach Norden versetzt. Weiterhin können die Geochemiker die ältesten Teile dieser Spur auf sechs Millionen Jahre datieren, so dass die Geschwindigkeitsberechnung keine Hexerei war. Hoernle: „Im Prinzip müssen wir 400 Kilometer durch sechs Millionen Jahre dividieren, da kommt man auf ungefähr 60 Millimeter pro Jahr.“