Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Aufstieg oder nicht? - Wie heißes Gestein im Erdmantel gebremst wird

24.04.2015

Gigantische Volumen heißen Gesteinsmaterials, die aus dem Erdmantel bis zur Lithosphäre aufsteigen, haben das Gesicht unseres Planeten geprägt. Sie führen, bei ausreichender Größe, zum Auseinanderbrechen von Kontinenten und sind auch verantwortlich für das Massen-Aussterben in bestimmten Phasen der Erdgeschichte.

Bisher nahm man an, dass diese – Mantelplumes genannten – riesigen Gesteinsströme aufgrund ihrer hohen Temperatur direkt aus dem tiefen Erdmantel aufsteigen können. Ein Team von Geodynamik-Modellierern des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ berichtet nun in der aktuellen Ausgabe von Nature Communications über mögliche Hindernisse, die den Aufstieg solcher Mantelplumes verhindern können und unter welchen Bedingungen das Gestein doch die Lithosphäre erreichen kann.


Eine Abb. der durch die Erdkruste an die Oberfläche gelangten Flutbasalte in Sibirien

Die Geoforscher konnten dabei zugleich Widersprüche in den bisherigen Modellvorstellungen auflösen.
Die größten auf der Erde stattfindenden magmatischen Ereignisse beruhen auf dem massenhaften Schmelzen von aus dem tiefen Erdmantel aufsteigendem heißem Gestein.

Spuren solcher Ereignisse der Erdgeschichte finden sich an der Erdoberfläche im Gestein von so genannten magmatischen Großprovinzen (Large Igneous Provinces) findet. Die bisherige Vorstellung war, dass das heiße Gestein im tiefen Erdmantel aufgrund seiner hohen Temperatur einen starken Auftrieb besitzt, daher aufsteigt und die darüber liegende Erdoberfläche um mehr als einen Kilometer anhebt.

Außerdem wurde bisher angenommen, dass diese Mantelplumes eine pilzartige Form besitzen: Zuerst steigt Material in einer breiten, kugelartigen Struktur auf, in seiner Schleppe folgt ein wesentlich dünnerer Auftiegskanal, der einen entschieden schmaleren Radius von etwa hundert Kilometern besitzt. Das Problem: diese Modellvorstellung stimmt in vielen Fällen nicht mit geologischen und geophysikalischen Beobachtungen überein, die breitere Aufströmungszonen und eine geringere topografische Hebung vermuten lassen.

Die Lösung liegt in Beobachtungen der Plattentektonik: An vielen Stellen auf der Erde sinkt der Ozeanboden in den Erdmantel, wie etwa in den Subduktionszonen rund um den Pazifik. Dieses Gesteinsmaterial taucht offenbar während Millionen von Jahren bis in große Tiefen in den Erdmantel ein.

Dieser frühere Ozeanboden besitzt eine andere geochemische Zusammensetzung als der umgebende Erdmantel und hat eine höhere Dichte. Wenn dieses Gestein mit dem heißen Gestein des Mantelplumes vermischt wird, was geochemische Analysen von Gesteinen aus magmatischen Großprovinzen vermuten lassen, verringert sich so der Auftrieb des Plumes. Damit stellt sich aber die Frage, ob das heiße Material noch leicht genug ist, um auch durch aus dem unteren Erdmantel bis zur Oberfläche aufzusteigen.

GFZ-Wissenschaftlerin Juliane Dannberg: „Unsere Computermodelle zeigen, dass einerseits die Temperaturunterschied zum Umgebungsgestein hoch genug sein muss, damit der Auftrieb am Entstehungsort des Plumes im unteren Mantel ausreicht, um den Aufstieg beginnen zu lassen. Andererseits muss das Volumen des aufsteigenden Gesteins ausreichend groß sein, um eine Zone im oberen Erdmantel durchqueren zu können, wo Drücke und Temperaturen im Gestein zu Bildung von Mineralen führen, die wesentlich schwerer als das Umgebungsgestein sind.“

Unter diesen Bedingungen entstehen zum einen Mantelplumes mit so geringem Auftrieb, dass sie nicht zu massivem Vulkanismus und Naturkatastrophen führen, sondern sogar im Mantel stecken bleiben. Andererseits sind diejenigen Mantelplumes, die den gesamten Mantel durchqueren konnten, viel weiträumiger, verbleiben über Hunderte von Millionen Jahren im Erdmantel und heben die Erdoberfläche um nur um wenige hundert Meter an, wie es auch in der Natur beobachtet wird.

Dannberg, J. and Sobolev, S.V., “Low-buoyancy thermochemical plumes resolve controversy of classical mantle plume concept”, Nature Communications, 24.04.2015, doi: 10.1038/ncomms7960

Franz Ossing
Helmholtz Centre Potsdam
GFZ German Research Centre for Geosciences
Deutsches GeoForschungsZentrum
- Head, Public Relations -
Telegrafenberg
14473 Potsdam / Germany
E-Mail: ossing@gfz-potsdam.de
Tel. +49 (0)331-288 1040
Fax +49 (0)331-288 1044
www.gfz-potsdam.de

Franz Ossing | Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Meeresforschung in Echtzeit verfolgen
22.02.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Weniger Sauerstoff in allen Meeren
16.02.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

Luftfahrt der Zukunft

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neuer Mechanismus der Gen-Inaktivierung könnte vor Altern und Krebs schützen

23.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Alge im Eismeer - Genom einer antarktischen Meeresalge entschlüsselt

23.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Energieproduzierende Fenster stehen kurz bevor

23.02.2017 | Energie und Elektrotechnik