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News: Im Maschinenraum der Erde

Mit seiner Hypothese der Kontinentalverschiebung hat Alfred Wegener die Geowissenschaftler schockiert, und es dauerte einige Jahrzehnte, bis sein revolutionäres Konzept Anerkennung fand. Während das Modell beinahe alle Oberflächen-formenden Prozesse zu erklären vermag, war eines immer ungewiss: Wie funktioniert der Motor, der irgendwo im Erdinneren sitzt und den Lauf der Dinge bestimmt?
In der Geschichte der Geowissenschaften markiert der 6. Januar 1912 die vielleicht wichtigste Wendung überhaupt. An diesem Tag ging der Geophysiker, Meteorologe und Klimatologe Alfred Wegener (1880-1930) mit seinem Werk "Neue Ideen über die Herausbildung der Großformen der Erdrinde auf geophysikalischer Grundlage" an die Öffentlichkeit. Wenig später erscheint sein Hauptwerk "Die Entstehung der Kontinente und Ozeane", das er bis zu seinem einsamen Tod im grönlandischen Eis mehrfach überarbeitete.

Den Durchbruch seiner Theorie zu erleben, war ihm nicht mehr vergönnt. Bis in die 60er Jahre sollte es dauern, bis Wegeners geniales Konzept endlich die Anerkennung bekam, die es verdiente. Aus heutiger Sicht kann man dies kaum glauben, immerhin ist Wegeners Modell der driftenden Kontinentalplatten nicht nur überaus schlüssig, sondern offenbart sich ja jedem, der in einem Atlas stöbert. Schließlich zeigen sich hier Afrika und Südamerika in Gestalt zweier Puzzleteile, die perfekt ineinander greifen. Aber die Platten, die an den mittelozeanischen Rändern auseinander treiben und sich an anderen Stellen unter die Kontinente schieben, erklären auch die Art und Beschaffenheit von Vulkanen und Erdbeben. Wegener hatte ein universelles Modell entwickelt, dem indes eines fehlte: der passende Antrieb.

Und der muss tief im Erdinneren arbeiten, in Hunderten oder Tausenden von Kilometern Tiefe - unerreichbar jedenfalls für den Menschen (vergliche man den Schalenbau der Erde aus Kruste, Mantel und Kern mit der Schale, dem Eiweiß und dem Dotter eines Eis, die tiefste Bohrung der Welt hätte nicht einmal die kalkige Eierschale durchbrochen). Was bleibt sind unzählige, indirekte Hinweise auf die innere Gestalt der Erde. So liefern die Pfade von Erdbebenwellen und deren Geschwindigkeiten, die Veränderungen des Erdschwerefeldes, aber auch die winzigen Schwankungen der Erddrehung Hinweise auf Art, Dichte und Zustand der Gesteine im Erdinneren.

Seit den 80er Jahren weiß man deshalb von den so genannten Plumes, gigantische Gesteinskörper, die aufgrund ihrer geringeren Dichte aufsteigen - ganz ähnlich wie die bunten Tropfen in den Lavalampen der 70er Jahre. Und wegen der geringeren Dichte der aufsteigenden Plumes bewegen sich Erdbebenwellen in ihnen mit einer geringeren Geschwindigkeit, sodass sich auf diese Weise die "langsamen" und weniger dichten von den "schnellen" und dichteren Zonen im Erdmantel unterscheiden lassen.

Alessandro Forte von der University of Western Ontario und Jerry Mitrovica von der University of Toronto haben nun in mühsamer Kleinarbeit alle möglichen Daten aus allen möglichen Disziplinen zusammengetragen und in einem Modell vereint. Einem Modell, dass die Kollegenschaft begeistert, weil es fast alle Erkenntnisse umfasst, und weil es die Prognose von langfristigen Prozessen - wie Meeresspiegelschwankungen, Veränderungen der Topografie oder des Klimas - erlaubt.

Demnach steckt in der Erde etwas, das die Forscher einen "Vierzylinder-Motor" nennen. Unter den Rändern des Pazifischen Ozeans kartierten sie zwei "schnelle" Regionen - in denen sich die Erdbebenwellen also mit hoher Geschwindigkeit fortbewegen -, während sich unterhalb der zentralen Bereiche des Pazifik und unter Afrika jeweils ein Mantel-Plume befindet. Aufgrund der geringeren Dichte pflanzen sich die Erdbebenwellen hier langsamer fort.

Während viele Forscher bisher dachten, dass diese Plumes seit der frühen Entwicklungsgeschichte der Erde mehr oder weniger ortsfest sind, zeigen Forte und Mitrovica nun, dass sie - einem Heißluftballon gleich - aufsteigen und sich gegen die Erdkruste stemmen. Dies sei beispielsweise der Grund, warum Südafrika heute 1000 Meter höher liege als Nordafrika. Die kühleren und dichteren Regionen unter den Rändern des Pazifik drängen dagegen in die Tiefe. Das Ergebnis ist ein riesiges, globales Konvektionssystem, dessen auf- und absteigende "Kolben" - auch das ist neu - bis an die Grenze des Erdkerns reichen.

Schon wollen die Forscher mit ihrem Modell nicht nur die zukünftigen Gesichter der Erde simulieren, sondern auch die innere Struktur von Venus, Mars oder Merkur erkunden. "Wir sind auf einen Mechanismus gestoßen, der gigantische Ausmaße hat und zugleich bemerkenswert simpel strukturiert ist und einfach funktioniert", meint Forte, und sein Kollege Mitrovica fügt hinzu, dass sich nun die ewigen Debatten beenden lassen, die die Geowissenschaften seit Alfred Wegener beherrschen.

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  • Quellen
Nature 410: 1049–1056 (2001)

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