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 Knapp neun Milliarden Tonnen mehr CO2 durch El Niño
19.10.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

nachricht Satelliten erfassen Photosynthese mit hoher Auflösung
13.10.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie

Ostfalia forscht an Ultraleichtflugzeug mit Elektroantrieb

19.10.2017 | Verkehr Logistik

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungsnachrichten