Die Erde ist weit entfernt von einer soliden Gesteinsmasse. Die äußere Schicht unseres Planeten – bekannt als Lithosphäre – besteht aus mehr als 20 tektonischen Platten; Während diese gigantischen Schiefertafeln über das Antlitz des Planeten gleiten, bekommen wir die Bewegung der Kontinente und Interaktionen an den Grenzen mit, nicht zuletzt den Aufstieg und Fall ganzer Gebirgszüge und ozeanischer Gräben.
Es gibt jedoch einige Debatten darüber, was diese riesigen Felsplatten überhaupt dazu bringt, sich zu bewegen.
Unter den vielen Hypothesen, die im Laufe der Jahrhunderte aufgestellt wurden, wurden Konvektionsströme, die vom heißen Kern des Planeten erzeugt werden, als Erklärung diskutiert, aber es ist zweifelhaft, ob dieser Effekt genug Energie erzeugen würde.
Eine neu veröffentlichte Studie sucht nach einer Erklärung in den Himmel. In Anbetracht dessen, dass am häufigsten Kraft und nicht Wärme verwendet wird, um große Objekte zu bewegen, schlagen die Autoren vor, dass das Zusammenspiel der Gravitationskräfte von Sonne, Mond und Erde für die Bewegung der tektonischen Platten der Erde verantwortlich sein könnte.
Der Schlüssel zur Hypothese ist das Baryzentrum – der Massenmittelpunkt eines umlaufenden Systems von Körpern, in diesem Fall das von Erde und Mond. Dies ist der Punkt, um den unser Mond tatsächlich kreist, und er liegt nicht direkt im Massenmittelpunkt unseres Planeten, den wir das Geozentrum nennen.
Stattdessen ändert sich die Lage des Schwerpunkts innerhalb der Erde im Laufe des Monats um bis zu 600 Kilometer (373 Meilen), weil die Umlaufbahn des Mondes um die Erde aufgrund der Anziehungskraft unserer Sonne elliptisch ist.
„Denn der oszillierende Schwerpunkt liegt bei etwa 4.600 Kilometern [2,858 miles] vom Geozentrum entfernt sind die tangentiale Umlaufbeschleunigung der Erde und die Sonnenanziehung außer am Baryzentrum unausgeglichen”, sagt die Geophysikerin Anne Hofmeister von der Washington University in St. Louis.
“Die warmen, dicken und starken inneren Schichten des Planeten können diesen Belastungen standhalten, aber seine dünne, kalte, spröde Lithosphäre reagiert mit Brüchen.”
Weitere Spannungen werden hinzugefügt, wenn sich die Erde um ihre eigene Achse dreht und sich leicht von einer perfekten Kugelform abflacht – und diese drei Spannungen von Mond, Sonne und Erde selbst verursachen zusammen die Verschiebung und Spaltung der tektonischen Platten.
„Unterschiede in der Ausrichtung und Größe der Zentrifugalkraft, die die Sonnenanziehung begleitet, wenn die Erde in ihrer komplexen Umlaufbahn um die Sonne wellenförmig bewegt, überlagern stark asymmetrische, zeitlich variable Kräfte auf der Erde, die bereits durch den Spin belastet ist“, schreiben die Forscher.
Was unter der Oberfläche passiert, ist, dass die feste Lithosphäre und der feste obere Mantel aufgrund dieser Spannungen und Belastungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gedreht werden, berichten die Forscher – alles aufgrund unserer besonderen Erde-Mond-Sonne-Konfiguration.
„Unser einzigartig großer Mond und der besondere Abstand zur Sonne sind entscheidend“, sagt Hofmeister.
Ohne den Mond und die Verschiebungen, die er zwischen dem Baryzentrum und dem Geozentrum verursacht, würden wir die tektonische Plattenaktivität, die wir auf der Erdoberfläche bekommen, nicht sehen, argumentieren die Forscher. Da die Anziehungskraft der Sonne auf den Mond 2,2-mal größer ist als die Anziehungskraft der Erde, wird sie in den nächsten Milliarden Jahren von unserem Planeten weggezogen.
Allerdings brauchen die wirkenden Gravitationskräfte immer noch das heiße Innere der Erde, damit all dies funktioniert, argumentieren die Forscher.
„Wir schlagen vor, dass die Plattentektonik aus zwei verschiedenen, aber interagierenden Gravitationsprozessen resultiert“, schreiben sie. „Wir betonen, dass die innere Wärme der Erde wesentlich ist, um die als Lithosphäre bekannte thermische und physikalische Grenzschicht, ihre basale Schmelze und die darunter liegende Niedriggeschwindigkeitszone zu schaffen.“
Um die in ihrer Studie skizzierte Hypothese weiter zu validieren, wenden die Forscher ihre Analyse auf mehrere felsige Planeten und Monde im Sonnensystem an, von denen bisher keiner eine bestätigte tektonische Aktivität hatte.
Ihr Vergleich zwischen der Erde und den anderen großen Himmelskörpern im Sonnensystem zeigt eine mögliche Erklärung dafür, warum wir bisher auf keinem der großen Monde oder Gesteinsplaneten tektonische Aktivität entdeckt haben. Derjenige, der der Erde in allen notwendigen Parametern am nächsten ist, ist jedoch Pluto.
„Ein Test wäre eine detaillierte Untersuchung der Tektonik von Pluto, der zu klein und zu kalt für Konvektion ist, aber einen riesigen Mond und eine überraschend junge Oberfläche hat“, sagt Hofmeister.
Die Forschung wurde in veröffentlicht GSA-Sonderpapiere.