Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie begann die Plattentektonik auf der Erde?

12.11.2015

Mantelplume setzte das erste Abtauchen der Lithosphärenplatte in Gang.

Die Erde ist der einzige Planet im Sonnensystem, der Plattentektonik aufweist. Ihre Oberfläche ist im ständigen Wandel, tektonische Platten mitsamt den Kontinenten verschieben sich ständig, kollidieren miteinander oder tauchen in den Erdmantel ab.


Blick aus der Tiefe der Erde auf die gebrochene Außenschale (blau) der junge Erde in einem dreidimensionalen numerischen Modell. Die Bildung neuer Lithosphärenplatten (rot) geschieht in Folge der Interaktion eines Mantelplumes mit der Lithosphäre. (Abb.: GFZ)

Bis heute ist es allerdings ungeklärt, wie die Plattenbewegungen begannen und wie die Tektonik der Erde vorher aussah. Ein internationales Forscherteam mit Modellierungsexperten von der ETH Zürich, dem Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ sowie Geologen von der Universität von Texas und Korea University in Seoul schlägt in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature eine Lösung vor.

Basierend auf innovativer und hochauflösender numerischer Modellierung und geologischen Beobachtungen zeigen sie, dass eine aus dem tiefen Erdmantel aufgestiegene, mächtige und heiße Gesteinsblase die Lithosphäre der frühen Erde aufbrach. Dieser so genannte Mantelplume setzte damit das erste Abtauchen der Lithosphärenplatte, genannt Subduktion, in Gang.

Die äußere harte Schale der Erde, also die Erdkruste und der oberen Erdmantel bilden die Lithosphäre. Unsere heutige Erde unterteilt sich an ihrer Oberfläche in mehrere Lithosphärenplatten, die aneinander reiben oder miteinander kollidieren.

An den Plattengrenzen sinken einige der Platten, wenn sie ausreichend kalt und schwer sind, in den tiefen Erdmantel. Dieser Prozess, die Subduktion, ist ein Schlüsselprozess der Plattentektonik. Er ermöglicht das Zurückkehren von den Gesteinen der Erdkruste in den tiefen Erdmantel und ist außerdem für die effiziente Kühlung des Erdinneren verantwortlich.

Allerdings gab es Subduktion und Plattentektonik nicht immer auf der Erde. Bei einem Gesamtalter unseres Planeten von 4,5 Milliarden Jahren war in den ersten ein bis zwei Milliarden Jahre der Erdgeschichte der tektonischen Prozess ganz anders, wahrscheinlich ähnlich wie auf der heutigen Venus, wo bis heute die Lithosphäre nicht in Platten gebrochen ist und keine Subduktion stattfindet.

Nehmen wir also eine frühe Erde mit einer mehr oder weniger gleichmäßigen harten Schale an. Warum also entwickelte die Erde Subduktion und Plattentektonik? „Drei Bedingungen müssen erfüllt gewesen sein, damit der Mantelplume die ersten langlebige Subduktion und damit die Plattentektonik starten konnte“, sagt der Leiter der GFZ-Sektion für geodynamische Modellierung und Professor für Geodynamik an der Universität Potsdam, Stephan Sobolev.

„Der Mantelplume musste groß und sehr heiß sein, um viel Gesteinsschmelze zu erzeugen. Diese Schmelzen drangen in die Lithosphäre ein und weichten diese auf, so dass der Plume sich bis zur Erdkruste an der Oberfläche durchschweißen konnte.“

Zudem musste die umgebende Lithosphäre kalt und schwer genug sein, um in den Mantel zu sinken. Das nötige Gewicht erhielt die Lithosphäre durch den Gesteinsauswurf durch den Plume selbst, der sich auf die umgebende Lithosphäre legte. Bei ausreichend akkumuliertem Gewicht beginnt die Lithosphäre rund um den Plume abzusinken und zieht weitere Teile der Lithosphäre mit sich. „Schließlich musste es zudem flüssiges Wasser an der Erdoberfläche gegeben haben, quasi als Schmiermittel, um das Absinkenden der Lithosphäre zu erleichtern“, ergänzt Geoforscher Sobolev, „Dieses Abtauchen der Lithosphäre kann bis in den tiefen Erdmantel reichen.“

Alle diese Bedingungen wurden irgendwann in der frühen Geschichte der Erde erfüllt, aber nie für die anderen Planeten des Sonnensystems. Auf der Venus, die der Erde am ähnlichsten ist, sind heiße Mantelplumes wahrscheinlich häufig, aber die Lithosphäre ist zu heiß und leicht und es gibt kein flüssiges Wasser auf der heißen Venusoberfläche.

Wahrscheinlich, so Sobolev, war es nicht ein einzelner Mantelplume, der den Prozess der Plattentektonik in Gang setzte, sondern das Zusammenwirken vieler solcher aufsteigender heißer Mantelströmungen. Das brodelnde Innenleben unseres einzigartigen Planeten führte dazu, dass sich einige dieser plattentektonischen Fenster vereinigten und der Vorgang sich zur globalen Plattentektonik entwickelte.

T.V. Gerya , R.J. Stern, M. Baes, S.V. Sobolev and S.A. Whattam, Plate tectonics on the Earth triggered by plume-induced subduction initiation, Nature, 12.11.2015, DOI: 10.1038/nature15752

Franz Ossing | Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Weitere Informationen:
http://www.gfz-potsdam.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Mysterium Bermuda: Geologen entdecken im Vulkangestein eine bisher unbekannte Region des Erdmantels
16.05.2019 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

nachricht Submarine CO2-Speicherung in der Nordsee – Chance oder Risiko?
14.05.2019 | 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: Quanten-Cloud-Computing mit Selbstcheck

Mit einem Quanten-Coprozessor in der Cloud stoßen Innsbrucker Physiker die Tür zur Simulation von bisher kaum lösbaren Fragestellungen in der Chemie, Materialforschung oder Hochenergiephysik weit auf. Die Forschungsgruppen um Rainer Blatt und Peter Zoller berichten in der Fachzeitschrift Nature, wie sie Phänomene der Teilchenphysik auf 20 Quantenbits simuliert haben und wie der Quantensimulator das Ergebnis erstmals selbständig überprüft hat.

Aktuell beschäftigen sich viele Wissenschaftler mit der Frage, wie die „Quantenüberlegenheit“ auf heute schon verfügbarer Hardware genutzt werden kann.

Im Focus: Self-repairing batteries

UTokyo engineers develop a way to create high-capacity long-life batteries

Engineers at the University of Tokyo continually pioneer new ways to improve battery technology. Professor Atsuo Yamada and his team recently developed a...

Im Focus: Quantum Cloud Computing with Self-Check

With a quantum coprocessor in the cloud, physicists from Innsbruck, Austria, open the door to the simulation of previously unsolvable problems in chemistry, materials research or high-energy physics. The research groups led by Rainer Blatt and Peter Zoller report in the journal Nature how they simulated particle physics phenomena on 20 quantum bits and how the quantum simulator self-verified the result for the first time.

Many scientists are currently working on investigating how quantum advantage can be exploited on hardware already available today. Three years ago, physicists...

Im Focus: Accelerating quantum technologies with materials processing at the atomic scale

'Quantum technologies' utilise the unique phenomena of quantum superposition and entanglement to encode and process information, with potentially profound benefits to a wide range of information technologies from communications to sensing and computing.

However a major challenge in developing these technologies is that the quantum phenomena are very fragile, and only a handful of physical systems have been...

Im Focus: A step towards probabilistic computing

Working group led by physicist Professor Ulrich Nowak at the University of Konstanz, in collaboration with a team of physicists from Johannes Gutenberg University Mainz, demonstrates how skyrmions can be used for the computer concepts of the future

When it comes to performing a calculation destined to arrive at an exact result, humans are hopelessly inferior to the computer. In other areas, humans are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

MS Wissenschaft startet Deutschlandtour mit Fraunhofer-KI an Bord

17.05.2019 | Veranstaltungen

Wie sicher ist autonomes Fahren?

16.05.2019 | Veranstaltungen

Chemie – das gemeinsame Element

16.05.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Integrierte Zuckermoleküle schonen Zellkulturen

17.05.2019 | Biowissenschaften Chemie

Erstmals Einsatz von gefäßschützendem Antikörper bei kardiogenem Schock

17.05.2019 | Biowissenschaften Chemie

Additive Maschinen lernen Superlegierungen kennen

17.05.2019 | Maschinenbau

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics