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News: Ein zweilagiger (Erd-)Mantel

Umgeben von der Erdkruste auf der einen und dem Erdkern auf der anderen Seite macht der Erdmantel über 80 Prozent der Masse unseres Planeten aus. Er besteht aus festem Gestein, doch seine eigene Radioaktivität und die Hitze des Erdkerns lassen ihn wie einen dicken Eintopf auf der heißen Herdplatte wallen. Als Folge wandern die Kontinentalplatten, errichten Berge und verursachen Erdbeben. Gut fünfzig Jahre lang haben Geowissenschaftler gestritten, ob der Erdmantel als Einheit aufzufassen ist oder doch eher aus zwei getrennten Lagen besteht. Eine Simulation mit dem bisher aufwendigsten Computermodell zur Konvektion des Mantels favorisiert einen zweischichtigen Aufbau, der gelegentlich durchbrochen wird.
Sowohl für die Vorstellung eines einheitlichen als auch eines geschichteten Erdmantels gibt es gute Argumente. Die Beobachtung, daß Krustenmaterial von der Oberfläche bis tief in den unteren Mantelbereich sinken kann, spricht für einen einfachen Aufbau. Allerdings deutet die Wärmebilanz der Erde auf zwei Lagen hin, ebenso wie geochemische Untersuchungen von vulkanischem Auswurfmaterial, wonach große Bereiche des Mantels seit Entstehung der Erde von der Oberfläche isoliert gewesen sein müssen.

Wahre Berge von Daten fütterten die Geophysikerin Louise Kellog von der University of California in Davis sowie Brad Hager und Rob van der Hilst vom Massachussetts Institute of Technology in den Computer ein. Der simulierte dann nach den Regeln der Strömungsdynamik das Verhalten des Erdmantels (Science vom 19. März 1999).

Es stellte sich heraus, daß ein zweigeteilter Mantel die Erkenntnisse der Geowissenschaftler am besten erklären kann. Der gesamte Mantel erstreckt sich bis in etwa 3400 Kilometer Tiefe. In rund 1700 Kilometern findet ein Sprung in der Dichte des Materials statt. Die Zusammensetzung des Magmas ändert sich aus noch ungeklärten Gründen ein wenig, es enthält höhere Anteile an Eisen und Silicium. Außerdem läuft im unteren Mantel eine stärkere radioaktive Erwärmung ab.

Tektonische Platten, die von der Oberfläche absinken, können tief in den Mantel geraten, werden aber an der Grenzschicht aufgehalten. Ein Austausch von Material findet lediglich an einigen Stellen statt, wo heiße Plumes aufsteigen, die Teile des unteren Mantels nach oben tragen und als vulkanische Inseln ausbrechen.

"Uns ist klar, daß dies nur ein grob genähertes Modell ist, aber es ist realistischer als alle früheren", räumt van der Hilst ein. "Eine Menge Ergebnisse können mit diesem Modell erklärt werden, aber wir wissen immer noch wenig über die letztendliche Herkunft und Natur dieser Schicht. Wir hoffen, in den verschiedensten Wissenschaftsdisziplinen das Interesse an diesem Thema geweckt zu haben."

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