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Geophysik: Das Henne-Ei-Problem der Plattentektonik

Computersimulationen der kompletten Erde zeigen, wie die äußeren und ­inneren Kräfte des Planeten zusammenspielen.
Schematische Abbildung einiger Plattengrenzen. Es fehlen Kontinent-Kontinent-Kollisionen, Transformstörungen und die Tripelpunkte.

Im Jahr 2010 unternahm ich eine Zugfahrt, die den Beginn einer langen wissenschaftlichen Reise markieren sollte. Ich war unterwegs von meinem Wohnort Lyon in Frankreich nach Zürich in der Schweiz. Unterwegs querten wir die majestätischen Alpen, die sich in Millionen von Jahren durch enorme Kräfte gebildet haben. Meine Gedanken kreisten weniger um die beeindruckende Landschaft selbst als vielmehr um eines der größten Rätsel der Geowissenschaften: Wie hängen die gewaltigen, unsichtbaren Bewegungen tief im Erdinnern mit den kleinteiligen, dramatischen Umgestaltungen an der Erdoberfläche zusammen? Immerhin formen mächtige Prozesse in der Tiefe Gebirge, verschieben Kontinente und sorgen mit dafür, dass Leben auf unserem Planeten möglich ist.

Paul Tackley und sein damaliger Doktorand Tobias Rolf zeigten mir in Zürich ihre Arbeiten, die mich sehr beeindruckten. Tackley ist dort Professor für Geowissenschaften an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) und hatte damals bereits drei Jahrzehnte lang Rechen­strategien entworfen, um die Mantelkonvektion im Erd­innern auf parallel arbeitenden Supercomputern zu modellieren. Ich hoffte, der Antwort auf meine Frage durch seine mathe­matischen Modelle und Algorithmen näher zu kommen. Denn ich hatte inzwischen verstanden, dass die Plattentektonik die Geophysik, die unseren Planeten formt, nur oberflächlich erklärt. Mich interessierte, wie sich die Temperatur unter den Kontinenten über geologische Zeiträume hinweg verändert. Tobias Rolf, der heute am Centre for Earth Evolution and Dynamics an der Universität Oslo in Norwegen forscht, beschäftigte sich mit ganz ähnlichen Problemen.

Die beiden Forscherkollegen zeigten mir faszinierende Animationen der Erde, die das Ergebnis jahrelanger harter Arbeit waren …

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  • Quellen

Arnould, M. et al.: On the scales of dynamic topography in whole-mantle convection models. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 19, 2018

Arnould, M. et al.: Plate tectonics and mantle controls on plume dynamics. Earth and Planetary Science Letters 547, 2020

Coltice, N. et al.: A mantle convection perspective on global tectonics. Earth-Science Reviews 165, 2017

Coltice, N. et al.: What drives tectonic plates? Science Advances 5, 2019

Mallard, C. et al.: Subduction controls the distribution and fragmentation of Earth’s tectonic plates. Nature 535, 2016