Das Erdinnere ist kein einheitlicher Stapel von Schichten. Tief in seiner dicken Mittelschicht liegen zwei kolossale Klumpen thermochemischen Materials.
Bis heute wissen Wissenschaftler immer noch nicht, woher diese beiden kolossalen Strukturen stammen oder warum sie so unterschiedliche Höhen haben, aber eine neue Reihe geodynamischer Modelle hat eine mögliche Antwort auf das letztere Rätsel gefunden.
Diese versteckten Stauseen befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der Welt, und nach der tiefen Ausbreitung seismischer Wellen zu urteilen, ist der Blob unter dem afrikanischen Kontinent mehr als doppelt so hoch wie der unter dem Pazifik.
Nach Hunderten von Simulationen glauben die Autoren der neuen Studie, dass der Blob unter dem afrikanischen Kontinent weniger dicht und weniger stabil ist als sein pazifisches Gegenstück, und deshalb ist er so viel größer.
„Unsere Berechnungen ergaben, dass das anfängliche Volumen der Blobs ihre Höhe nicht beeinflusst“, erklärt der Geologe Qian Yuan von der Arizona State University.
“Die Höhe der Blobs wird hauptsächlich durch ihre Dichte und die Viskosität des umgebenden Mantels bestimmt.”
3D-Ansicht des Blobs im Erdmantel unter Afrika. (Mingming Li/ASU)
Eine der Hauptschichten im Inneren der Erde ist die heiße und leicht klebrige Masse, die als Mantel bekannt ist, eine Schicht aus Silikatgestein, die sich zwischen dem Kern unseres Planeten und seiner Kruste befindet. Während der Mantel größtenteils fest ist, verhält er sich auf längeren Zeitskalen wie Teer.
Im Laufe der Zeit steigen allmählich Säulen aus heißem Magmagestein durch den Mantel und tragen vermutlich zur vulkanischen Aktivität auf der Oberfläche des Planeten bei.
Zu verstehen, was im Erdmantel vor sich geht, ist daher ein wichtiges Unterfangen der Geologie.
Die pazifischen und afrikanischen Blobs wurden erstmals in den 1980er Jahren entdeckt. Wissenschaftlich werden diese „Superplumes“ als Large Low Shear Velocity Provinces (LLSVPs) bezeichnet.
Im Vergleich zum pazifischen LLSVP erstreckt sich die aktuelle Studie, dass sich das afrikanische LLSVP etwa 1.000 Kilometer höher erstreckt (621 Meilen), was frühere Schätzungen stützt.
Dieser große Höhenunterschied deutet darauf hin, dass diese beiden Blobs unterschiedliche Zusammensetzungen haben. Wie sich dies auf den umgebenden Mantel auswirkt, ist jedoch unklar.
Vielleicht kann zum Beispiel die weniger stabile Natur des afrikanischen Haufens erklären, warum es in einigen Regionen des Kontinents einen so intensiven Vulkanismus gibt. Es könnte auch die Bewegung von tektonischen Platten beeinflussen, die auf dem Mantel schwimmen.
Andere seismische Modelle haben festgestellt, dass sich das afrikanische LLSVP bis zu 1.500 Kilometer über dem äußeren Kern erstreckt, während das pazifische LLSVP maximal 800 Kilometer hoch ist.
In Laborexperimenten, die darauf abzielen, das Erdinnere nachzubilden, scheinen sowohl die afrikanischen als auch die pazifischen Haufen durch den Mantel auf und ab zu oszillieren.
Die Autoren der aktuellen Studie sagen, dass dies ihre Interpretation stützt, dass das afrikanische LLSVP wahrscheinlich instabil ist, und dasselbe könnte für das pazifische LLSVP gelten, obwohl ihre Modelle dies nicht zeigten.
Die unterschiedliche Zusammensetzung der pazifischen und afrikanischen LLSVPs könnte auch durch ihre Herkunft erklärt werden. Wissenschaftler wissen immer noch nicht, woher diese Blobs kamen, aber es gibt zwei Haupttheorien.
Einer ist, dass die Haufen aus subduzierten tektonischen Platten bestehen, die in den Mantel rutschen, überhitzt werden und allmählich nach unten fallen und zum Blob beitragen.
Eine andere Theorie besagt, dass die Blobs Überbleibsel der alten Kollision zwischen der Erde und dem Protoplaneten Thea sind, die uns unseren Mond beschert hat.
Die Theorien schließen sich auch nicht gegenseitig aus. Zum Beispiel hat Thea vielleicht mehr zu einem Blob beigetragen; das könnte einer der Gründe sein, warum sie heute so anders aussehen.
„Unsere Kombination aus der Analyse seismischer Ergebnisse und der geodynamischen Modellierung liefert neue Erkenntnisse über die Natur der größten Strukturen der Erde im tiefen Inneren und ihre Wechselwirkung mit dem umgebenden Mantel“, sagt Yuan.
„Diese Arbeit hat weitreichende Auswirkungen auf Wissenschaftler, die versuchen, den heutigen Status und die Entwicklung der tiefen Mantelstruktur und die Natur der Mantelkonvektion zu verstehen.“
Die Studie wurde veröffentlicht in Natur Geowissenschaften.