Kontinente als Wärmedecke

Die Bewegung der großen tektonischen Platten und der auf ihnen liegenden Kontinente wird nicht nur durch die hitzegetriebenen Konvektionsprozesse im Erdmantel angetrieben, sondern wirkt auf diese Antriebsprozesse zurück.

Dabei wirken die Kontinente wie eine Wärmedecke, die zu einem Hitzestau unterhalb führt, was wiederum zum Zerbrechen großer Superkontinente führen kann.

Dieses Ergebniss numerischer Modellrechnungen stellen Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift „PHYSICS OF THE EARTH AND PLANETARY INTERIORS“ (Vol. 171, S. 313-322) vor.

Alfred Wegeners Theorie der Kontinentaldrift wurde vom Kopf auf die Füße gestellt, als in den 50er und 60er Jahren der Antriebsmechanismus für die Verschiebung der Platten entdeckt wurde: die enorme Hitze im Erdkern und Erdmantel verursacht ein Fließen des Gesteins im Erdmantel, ähnlich wie die Bewegung warmen Wassers im Kochtopf. Diesen durch Hitze betriebenen Massentransport nennt man Konvektion. An der Erdoberfläche sorgt dieser Prozess für die Verschiebung nicht nur der Platten, sondern auch der auf ihnen ruhenden Kontinente.

Bisher gab es aber kein realistisches mathematisch-physikalisches Modell zur Beschreibung der Wechselwirkung zwischen der konvektiven Bewegung im Erdmantel und den Kontinenten. V. Trubitsin, M. Kaban und M. Rothacher vom GFZ entwickelten nunmehr ein numerisches Modell, das die derzeitige Lage der Kontinente, die aus geophysikalischen Messungen bekannten Strukturen des Erdmantels und die derzeitigen Bewegungsraten an der Erdoberfläche zugrunde legt. Daraus berechneten sie die zukünftige Lage der Kontinente in Hunderten von Millionen Jahren.

Dabei zeigte sich, dass die enorme Hitze im Erdinnern nicht zu einer durchweg chaotischen Massenbewegung im Erdmantel führt. Im Gegenteil wirken die Kontinente auf die Wärmeverteilung im Erdmantel und auf den damit verbundenen konvektiven Massenfluss zurück. Vereinfacht gesagt, wirken die Kontinente wie Wärmedecken mit Hitzestau darunter. Es entwickelt sich ein sich selbst regulierendes System, an dessen Anfang und Ende jeweils ein Superkontinent steht. Dieser bricht durch den Hitzestau auseinander, was zu einer Neuorganisation der Mantelkonvektion führt, die letztlich wieder die Bruchstücke zu einem großen Superkontinent zusammenfügt.

V. Trubitsin, M. Kaban und M. Rothacher: „Mechanical and thermal effects of floating continents on the global mantle convection“, PHYSICS OF THE EARTH AND PLANETARY INTERIORS (Vol. 171, S. 313-322)