Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das weiche Bett der Kontinente

19.01.2007
Wissenschaftler der Universität Jena an grundlegender Entdeckung zur Mineralogie des Erdmantels beteiligt - vierköpfiges Forscherteam veröffentlicht Ergebnisse heute im renommierten "Science"-Journal

Afrika und Europa rücken näher zusammen, Amerika und Europa driften dagegen immer weiter auseinander. Einige Zentimeter verschieben sich die Kontinentalplatten der Erdkruste innerhalb eines Jahres. Wie Eisschollen auf flüssigem Wasser "schwimmen" die massiven Platten dabei auf einer verhältnismäßig weichen Unterlage, der so genannten Asthenosphäre.

Was die etwa 120 Kilometer dicke Schicht aus Silikaten zu einem so weichen Bett für die Kontinentalplatten macht, erklärt Prof. Dr. Falko Langenhorst von der Friedrich-Schiller-Universität Jena: "Seismische Untersuchungen zeigen, dass die Asthenosphäre zu einem geringen Anteil Schmelze - also Magma - enthält", so der Inhaber des Lehrstuhls für Allgemeine und Angewandte Mineralogie und Leibniz-Preisträger 2007.

Warum das Gestein in der Asthenosphäre anschmilzt, war für Geowissenschaftler bislang ein Rätsel. "An der vorherrschenden Temperatur kann es eigentlich nicht liegen", sagt Prof. Langenhorst. Diese beträgt in der Asthenosphäre "lediglich" etwa 1 600 °C und liegt damit in einem Bereich, in dem die Silikate normalerweise fest sind. Der Jenaer Mineraloge Langenhorst und drei Kollegen aus Tübingen, Bayreuth und Boulder (Colorado, USA) suchten deshalb nach einer anderen Erklärung. In der heute (19. Januar) erscheinenden Ausgabe des renommierten Fachjournals "Science" veröffentlicht das vierköpfige Team nun eine plausible Erklärung für das Vorkommen von Gesteinsschmelzen in der Asthenosphäre.

Wie die Forscher in verschiedenen Experimenten zeigen konnten, beruht das Phänomen auf geringen Gehalten an flüssigem Wasser in der Asthenosphäre. "Freies Wasser erniedrigt die Schmelztemperatur von Silikaten ganz entscheidend", weiß Prof. Langenhorst. Je mehr Wasser vorliegt, um so niedriger die Temperatur, bei der die Silikate flüssig werden und quasi als "Schmiermittel" für die Drift der Kontinentalplatten dienen können.

Als Quelle des freien Wassers machten die Geowissenschaftler das Mineral Orthopyroxen aus. "Dieses Mineral ist ein Hauptbestandteil in Gesteinen der Asthenosphäre und zeigt ein ganz merkwürdiges Verhalten", so Langenhorst. In Gegenwart von Aluminium kann dieses ansonsten trockene Mineral wie ein Schwamm Wasser aufnehmen und in seine Kristallstruktur einbauen. "Mit steigendem Druck in der Tiefe des Erdmantels nimmt seine Aufnahmekapazität für Wasser aber schlagartig ab, während die Aufnahmekapazität der anderen Mantelbestandteile nur leicht zunimmt", erläutert Langenhorst. Nach den Berechnungen der vier Geowissenschaftler wird deshalb eine minimale Aufnahmekapazität für Wasser gerade in rund 100 bis 150 Kilometern Tiefe erreicht. "Und das ist genau die Tiefe, in der die Asthenosphäre liegt", so Langenhorst. Das zuvor eingeschlossene Wasser wird in dieser Tiefe frei und bewirkt so das Anschmelzen der Mantelgesteine.

Für ihre Untersuchungen mussten Langenhorst und seine Kollegen die Bedingungen im Erdmantel in aufwändigen Laborexperimenten simulieren. Denn selbst die tiefsten Bohrlöcher reichen gerade einmal zwölf Kilometer in die Erdkruste hinein, während die Asthenosphäre unter den Ozeanen erst in etwa 60 bis 80 Kilometer Tiefe beginnt.

Mit den jetzt veröffentlichten Daten liefern die Geowissenschaftler jedoch nicht nur eine Antwort auf die Frage, was den Boden unter den Kontinentalplatten der Erde weich und nachgiebig macht. "Unsere Ergebnisse erklären außerdem, warum es nicht auch auf anderen Planeten - etwa dem Mars oder der Venus - so etwas wie Plattentektonik gibt", sagt Prof. Langenhorst. "Schließlich kann sich diese nach unserem Modell nur auf Planeten entwickeln, die in ihrem Mantel flüssiges Wasser aufweisen." Und das gibt es, nach heutigem Erkenntnisstand, allein auf der Erde.

Originalpublikation:
Mierdel K, Keppler H, Smyth JR, Langenhorst F. "Water solubility in aluminous orthopyroxene and the origin of the Earth's asthenosphere". Science 2007, Vol. 315, S. 364-368.
Kontakt:
Prof. Dr. Falko Langenhorst
Institut für Geowissenschaften der Universität Jena
Burgweg 11, 07749 Jena
Tel.: 03641 / 948700
E-Mail: Falko.Langenhorst[at]uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Nährstoffhaushalt einer neuentdeckten “Todeszone” im Indischen Ozean auf der Kippe
06.12.2016 | Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

nachricht Wichtiger Prozess für Wolkenbildung aus Gasen entschlüsselt
05.12.2016 | Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher entwickeln Unterwasser-Observatorium

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Mehrkernprozessoren für Mobilität und Industrie 4.0

07.12.2016 | Informationstechnologie