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Eisenhaufen im Erdmantel

Astronomie|Physik Erde|Umwelt

Eisenhaufen im Erdmantel
Eisen aus dem Erdkern ist wahrscheinlich dafür verantwortlich, dass Erdbebenwellen eine rätselhafte Schicht in 3.000 Kilometern Tiefe besonders langsam durchlaufen. Bislang hatten Geowissenschaftler angenommen, dass flüssiges Gestein an der Grenze zwischen Erdmantel und Erdkern die Geschwindigkeit der Wellen drosselt, berichten Wendy Mao vom Los Alamos National Laboratory und ihr Vater Dave Mao von der Carnegie Institution in der Zeitschrift Science.

Wie das Innere der Erde aufgebaut ist, wissen Geowissenschaftler vor allem durch Erdbebenwellen, die den Planeten durchquert haben. Besonders rätselhaft ist die Grenze zwischen dem festen unteren Erdmantel und dem flüssigen äußeren Erdkern in etwa 3.000 Kilometern Tiefe. Dort befindet sich eine unregelmäßig dicke Zone, in der die so genannten Scherwellen stark abgebremst werden. Scherwellen, bei denen das Material senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle schwingt, können sich in Flüssigkeiten nicht ausbreiten. Daher waren die meisten Geowissenschaftler bislang der Ansicht, dass sich in der Zone mit niedriger Scherwellen-Geschwindigkeit teilweise geschmolzenes Gestein befindet.

Doch auch die Anwesenheit von Eisen könnte eine Erklärung für das Phänomen sein, entdeckte nun eine Forschergruppe um Wendy und Dave Mao mithilfe von Hochdruck-Experimenten. Ein Anteil von 40 Prozent Eisen am Mantelgestein Post-Perowskit reiche aus, um die Geschwindigkeit der Scherwellen so zu erniedrigen, wie es die Beobachtungen zeigen, berichtet das Forscherteam in Science. „Wir waren überrascht, wie drastisch der Zusatz von Eisen die seismischen Geschwindigkeiten senkte“, berichtet Wendy Mao. „Eisenreicher Post-Perovskit, der bei Reaktionen zwischen Erdmantel und Erdkern entsteht, könnte das Material sein, aus dem diese dünnen, fleckenhaften Regionen bestehen.“ Die Forscher nehmen an, dass das turbulent strömende flüssige Eisen aus dem Erdkern an einigen Stellen einige hundert Meter tief in den Erdmantel eindringen kann.

Womöglich spielen die Zonen mit niedriger Scherwellengeschwindigkeit sogar eine Rolle für Vulkaninseln wie Hawaii oder Island. Die Analyse der Erdbebenwellen deutet darauf hin, dass die Wurzel dieser Vulkane an der Kern-Mantel-Grenze liegt und oft mit besonders ausgeprägten Zonen mit niedriger Geschwindigkeit verbunden ist. Womöglich entstehen solche Hot-Spot-Vulkane genau dort, wo sich dichtes, eisenreiches Gestein an der Kern-Mantel-Grenze auftürmt. Wie die Forscher schreiben, bleibt an solchen Stellen leichteres Gestein übrig, das nach oben steigt und die Vulkane speist.

Wendy L. Mao et al: „Iron-Rich Post-Perovskite and the Origin of Ultralow-Velocity Zones“, Science 312, S. 564, DOI: 10.1126/science.1123442 Ute Kehse
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