Chaos am Meeresgrund

Mit Hilfe der Chaos-Theorie ist es Forschern gelungen, die komplizierte Struktur der mittelozeanischen Rücken zu erklären. Diese Gebirge ziehen sich durch alle Weltmeere.

Mit der Gesamtlänge von 75000 Kilometern könnte die längste Gebirgskette der Erde knapp zweimal den Globus umspannen: Die mittelozeanischen Rükken schlängeln sich entlang der Ränder der tektonischen Platten durch sämtliche großen Weltmeere.

An diesen Plattenrändern steigt flüssiges Magma aus dem Erdinnern nach oben und schiebt die Platten samt den Kontinenten darauf um einige Zentimeter pro Jahr auseinander. Im Laufe der Jahrmillionen wurden dabei Hügelstrukturen geschaffen, die inzwischen einen großen Teil des Meeresbodens bedecken. Die mittelozeanischen Rükken, die auf großen Strecken gerade verlaufen, werden immer wieder durch Störungen unterbrochen, an denen sie plötzlich um teils 50 Kilometer zur Seite versetzt sind. Man erklärte diese Verwerfungen bisher mit der Annahme einer ungleichmäßigen Magmazufuhr.

Eine überraschende Erklärung für die Entstehung dieser Verwerfungen und der Hügel haben jetzt die beiden Geophysiker Roger Buck vom Lamont Doherty Earth Observatory und Alexei Poliakov von der Universität Montpellier vorgestellt.

Den beiden Forschern war die "Selbstähnlichkeit" der Verwerfungen aufgefallen. Selbst-ähnliche oder fraktale Gebilde zeichnen sich dadurch aus, daß sie im Großen genauso aussehen wie im Kleinen. Störungen im Verlauf der mittelozeanischen Rücken finden sich nämlich nicht nur auf einer großräumigen Skala, sondern auch in kleineren Dimensionen bis hinunter zu Verschiebungen kleinerer Rückensegmente um nur wenige hundert Meter.

Die fraktale Struktur der Verwerfungen und auch der Hügel veranlaßte Buck und Poliakov dazu, auf eine Theorie des Dänen Per Bak zurückzugreifen, mit der sich viele fraktale Gebilde erklären lassen. Sie beschreibt chaotische Systeme, bei denen ein unscheinbares Ereignis eine Kettenreaktion bis hin zu einer Katastrophe auslösen kann.

Beispiele sind Lawinen in einem Sandhaufen oder Massenunfälle auf der Autobahn. Ein einzelnes Sandkorn kann eine Lawine auslösen. Ein leichtes Antippen der Bremse kann die nachfolgenden Autofahrer zu einer Vollbremsung bringen.

Voraussetzung ist in allen Fällen, daß sich das jeweilige System in einem kritischen Zustand befindet: Das Gefälle im Sandhaufen muß einen bestimmten Grad überschreiten, die nachfolgenden Autos müssen einen bestimmten Mindestabstand unterschreiten.

Die kritische Größe im ozeanischen Rückensystem ist der Druck, den das aufsteigende Magma auf die ozeanische Kruste ausübt. Übersteigt der Druck einen kritischen Wert, bricht die Kruste auf und wird verschoben. Die Größenverteilung der auf diese Weise entstehenden Verwerfungen gehorcht dabei einer fundamentalen Eigenschaft kritischer Systeme: Je größer eine Verwerfung bereits ist, desto schwieriger wird es, sie fortzusetzen. Viel wahrscheinlicher ist das Abbrechen einer weiteren kleinen Verwerfung.

Das ist der Grund für das selbstähnliche Muster der Hügel. So konnten Buck und Poliakov die Struktur der Unterwassergebirge in einer Computersimulation wirklichkeitsnah nachbilden. Damit haben sie indirekt gezeigt, daß die ausgedehnten Hügelstrukturen am Boden der Weltmeere tatsächlich das Ergebnis der tektonischen Aktivitäten an den mittelozeanischen Rücken sind.

Die entscheidende Neuerung gegenüber früheren Vorstellungen ist, daß sich die fraktale Hügelstruktur auch bei konstanter Magmazufuhr ergibt. Denn die in anderen Modellen angenommenen Schwankungen in der Magmazufuhr konnten bisher nie zweifelsfrei nachgewiesen werden.

Axel Tillemans

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