Wissenschaftler haben eine zuvor unbekannte Schicht aus teilweise geschmolzenem Gestein entdeckt, die unter der Erdkruste verborgen ist – eine, die helfen könnte, ein langjähriges Rätsel darüber zu lösen, wie sich tektonische Platten bewegen. Die geschmolzene Schicht, erklärten Forscher unter der Leitung der University of Texas in Austin, befindet sich in einer Tiefe von etwa 100 Meilen unter der Oberfläche und ist Teil der sogenannten Asthenosphäre, dem mechanisch schwachen und verformbaren Teil des oberen Mantels. Die Asthenosphäre ist wichtig für die Kontinentaldrift, da sie eine relativ weiche Grenze bildet, die es der Basis tektonischer Platten ermöglicht, sich durch den Mantel zu bewegen.
Der Grund, warum die Asthenosphäre weich ist, ist jedoch nicht gut verstanden.
Frühere Studien hatten Schmelzflecken in 100 Meilen Tiefe identifiziert – aber die neue Studie ist die erste, die zeigt, dass diese zu einer Schicht gehören, die fast auf der ganzen Welt zu finden ist.
Laut Dr. Hua entstand die Idee, nach einer neuen Schicht innerhalb der Erde zu suchen, als er während seiner Doktorarbeit Bilder des Mantels unter der Türkei untersuchte, der durch den Durchgang seismischer Wellen gebildet wurde.
Fasziniert von Anzeichen von teilweise geschmolzenem Gestein unter der Kruste in diesen Bildern, begann er, ähnliche Daten aus der ganzen Welt zusammenzustellen, bis er im Wesentlichen eine globale Karte der Asthenosphäre erstellt hatte.
Diese „Karte“ zeigte, dass solches geschmolzenes Gestein alltäglich war, fast die Hälfte der Erde umfasste und in den seismischen Messwerten überall dort auftauchte, wo die Asthenosphäre am heißesten war – und nicht, wie zuvor angenommen, nur eine Reihe lokalisierter Anomalien.
Es war zuvor vermutet worden, dass das Vorhandensein von geschmolzenem Gestein in der Asthenosphäre für ihre „Weichheit“ verantwortlich sein könnte.
Die Forscher fanden jedoch heraus, dass das Vorhandensein der Schmelzschicht keinen signifikanten Einfluss auf die Strömung des Mantelgesteins zu haben scheint.
Insbesondere als Dr. Hua seine Schmelzkarte in der Asthenosphäre mit seismischen Messungen der tektonischen Bewegung verglich, fand er keine Korrelation.
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Der Autor und Seismologe Dr. Junlin Hua sagte: „Wenn wir an etwas Schmelzendes denken, denken wir intuitiv, dass die Schmelze eine große Rolle bei der Viskosität des Materials spielen muss.
„Aber was wir herausgefunden haben, ist, dass selbst dort, wo der Schmelzanteil ziemlich hoch ist, seine Auswirkung auf die Mantelströmung sehr gering ist.“
Stattdessen fanden Dr. Hua und Kollegen heraus, dass der Haupteinfluss auf die Bewegung der tektonischen Platten der Erde stattdessen die Konvention von Hitze und Gestein im Mantel zu sein scheint. Während der Erdmantel weitgehend fest ist, kann er auf langen Zeitskalen wie Sirup fließen.
Der Nachweis, dass die neu identifizierte Schmelzschicht keinen Einfluss auf die Plattentektonik hat, bedeutet eine Sorge weniger bei der Erstellung von Erdmodellen, sagte das Team.
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Der Co-Autor und Geodynamiker Professor Thorsten Becker kommentierte: „Wir können nicht ausschließen, dass Schmelzen lokal keine Rolle spielt.
“Aber ich denke, es treibt uns an, diese Beobachtungen der Schmelze als Hinweis darauf zu sehen, was auf der Erde vor sich geht, und nicht unbedingt als aktiven Beitrag zu irgendetwas.”
Die Seismologin und Mitautorin Professor Karen Fischer von der Brown University schloss: „Diese Arbeit ist wichtig, weil das Verständnis der Eigenschaften der Asthenosphäre und der Ursachen ihrer Schwäche für das Verständnis der Plattentektonik von grundlegender Bedeutung ist.“
Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.