Tiefgründige Erhebung

Nicht nur das Zusammenstoßen der tektonischen Platten löst Vulkanismus aus und türmt Gebirge auf: Auch der Druck des Erdmantels gegen die Erdkruste führt zu den dramatischen Effekten auf der Erdoberfläche. Das haben US-Wissenschaftler festgestellt, als sie im Mittelmeerraum die extrem langsamen Ströme des zähflüssigen Gesteins aus dem Erdinneren hin zur Kruste gemessen haben. Danach existiert im Grenzbereich der Kontinentalplatten auch ein Gürtel, in dem Fragmente der Erdkruste unabhängig von den großen Platten umhertreiben. Mit dem erarbeiteten Modell erklärt sich beispielsweise das Entstehen des Zentralmassivs in Südfrankreich.
"Das Heben und Senken von bestimmten Punkten auf der Erdoberfläche ist nicht beschränkt auf die direkte Lage an den Grenzen von Kontinentalplatten. Es existieren tektonische Aktivitäten weit davon entfernt", erklärt Thorsten Becker von der University of California Los Angeles. In dem rund 2.850 Kilometer dicken Erdmantel bewegen sich wärmegetrieben zähplastische Gesteinsströme zur Erdkruste und sinken wieder ab. Diese sogenannte Mantelkonvektion verursacht die Kontinentalverschiebung. Im Mittelmeerraum, wo die afrikanische und eurasische Platte aneinanderstoßen, gibt es zudem noch ein Mosaik von kleinen Platten, die sich unabhängig von den großen Platten bewegen.

Zusammen mit Geologen der Universität Rom hat Becker Schichtaufnahmen der Bewegungen unter der Erdkruste im Bereich des Mittelmeerraums bearbeitet. Um die Strukturen sichtbar zu machen, werden Schallwellen zur Grenze zwischen Erdkruste und Erdmantel in rund 30 Kilometer Tiefe geschickt. Die Geschwindigkeit der Wellen im Boden ist abhängig von der Temperatur: In der heißen und dichteren Materie des Erdmantels bewegen sich die Wellen langsamer fort als in der Erdkruste. Ergebnis ist eine dreidimensionale Darstellung des Erdinneren, vergleichbar mit einer 3-D-Computertomografie-Aufnahme im medizinischen Bereich. Die Daten wurden anschließend mit einer Software zur Strömungsanalyse weiterverarbeitet und ein Modell erstellt.

Nach der Untersuchung sinkt der Strom des Mantels an der Grenze einer Kontinentalplatte ab, doch bewegt er sich dabei auch noch weiter und drückt so gegen die Erdkruste. Die dadurch hervorgerufenen Aufwerfungen und Bewegungen an der Erdoberfläche haben die Forscher mit dem Global Positioning System gemessen. Die langsame, aber unaufhaltsame Bewegung äußert sich durch ein sanftes Anheben von Bergen oder durch Erdbeben und Eruptionen. Die Wissenschaftler haben ihr erarbeitetes Modell überprüft und zwei Regionen identifiziert, die nur durch die unterirdischen Umwälzungen entstanden sind: das 200.000 Quadratkilometer große Meseta-Plateau in Spanien und das 85.000 Quadratkilometer große Zentralmassiv in Südfrankreich.

Mit dem Modell lassen sich auch andere Aufwärtsbewegungen und vulkanisch aktive Lokalitäten in beweglichen Gürteln bestimmen wie im Bereich der nordamerikanischen Kordilleren mit den Rocky Mountains und der Sierra Nevada sowie des Himalayas. "Wir haben das Werkzeug, um die Antworten zu liefern", erklärt Becker.
Thorsten Becker (University of California, Los Angeles) et al.: Nature, doi: 10.1038/nature09064

ddp/wissenschaft.de ? Rochus Rademacher


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