Versteckte geschmolzene Gesteinsschicht, die unter den tektonischen Platten der Erde gefunden wird

Jun 16, 2023

Forscher haben eine bisher unbekannte Schicht teilweise geschmolzenen Gesteins unter der Erdkruste entdeckt.

Die Entdeckung könnte Wissenschaftlern helfen, mehr über die Bewegungen der tektonischen Platten der Erde zu erfahren, die nicht nur Berge und Erdbeben erzeugen, sondern auch dazu beitragen, Umgebungen mit den richtigen chemischen und physikalischen Bedingungen zu schaffen, um das Leben auf der frühen Erde zu unterstützen.

Die äußerste Schicht unseres Planeten ist die Kruste – auf der wir leben – und darunter liegen der Mantel, der äußere Kern und der innere Kern. Die Ozeane und Kontinente der Welt sitzen auf 15 großen Blöcken, die sich bewegen und verschieben, den sogenannten tektonischen Platten, die die untere Kruste und den oberen Mantel bilden.

Die neu identifizierte geschmolzene Schicht befindet sich 161 Kilometer unter der Erdoberfläche. Diese Schicht ist Teil der Asthenosphäre, die unter den tektonischen Platten liegt. Die Asthenosphäre besteht aus einer weichen Schicht aus festem, aber formbarem Gestein, die dazu führen kann, dass sich die tektonischen Platten bewegen und verschieben.

Forscher haben sich gefragt, welche Faktoren die Asthenosphäre weich machen, und haben geschmolzenes Gestein als Teil der Gleichung betrachtet. Obwohl das Erdinnere weitgehend fest ist, können sich Gesteine ​​im Laufe der Zeit verschieben und langsam bewegen.

Junlin Hua, Postdoktorand an der Jackson School of Geosciences der University of Texas in Austin, untersuchte für seine Doktorarbeit seismische Bilder des Erdmantels unter der Türkei, als er Anzeichen von teilweise geschmolzenem Gestein entdeckte. Er begann seine Arbeit im Jahr 2020 als Doktorand an der Brown University.

Wissenschaftler hatten bereits zuvor Teile dieser Gesteinsschicht entdeckt und dachten, es handele sich um eine Anomalie, doch Hua und seine Forscherkollegen fanden Hinweise darauf, dass es sich um eine größere Präsenz handelte.

Das Forschungsteam bestätigte, dass die Asthenosphäre sowohl aus festem als auch geschmolzenem Gestein besteht und dass das Gestein, auch wenn es später teilweise geschmolzen ist, nicht zur Bewegung der Platten beiträgt oder deren Bewegung erleichtert.

„Wenn wir daran denken, dass etwas schmilzt, denken wir intuitiv, dass die Schmelze eine große Rolle für die Viskosität des Materials spielen muss“, sagte Hua. „Aber wir haben herausgefunden, dass selbst dort, wo der Schmelzanteil ziemlich hoch ist, seine Auswirkung auf die Mantelströmung sehr gering ist.“

Im Mantel findet Konvektion oder Wärmeübertragung statt, wenn heißes, weniger dichtes Material aufsteigt und kühleres, dichteres Material absinkt. Die Forscher glauben, dass das Vorhandensein von Festgestein und Konvektion zur Plattenbewegung beiträgt.

Die größte Herausforderung bei der Untersuchung der inneren Schichten der Erde sei das Sammeln der Daten, da die meisten Daten nur an der Oberfläche gesammelt werden könnten und es schwierig sei, direkt Proben aus dem Inneren des Planeten zu entnehmen, sagte Hua.

„Daher nutzen Wissenschaftler seismische Wellen, die durch Erdbeben erzeugt werden, die sich durch das Erdinnere bewegen, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen in diesen inneren Schichten zu untersuchen, ähnlich wie bei CT-Scans im Krankenhaus“, sagte Hua.

Er sammelte mehr als 700 Bilder von seismischen Detektoren auf der ganzen Welt und erstellte eine globale Karte der Asthenosphäre.

Durch die Analyse der Daten konnte Hua erkennen, wie sich die seismischen Wellen durch die verschiedenen Materialien unter der Erdkruste bewegten, einschließlich Änderungen in Geschwindigkeit, Richtung und Ankunftszeit an den Erkennungsorten. Das Vorhandensein von Schmelze in der teilweise geschmolzenen Schicht führte dazu, dass sich seismische Wellen langsamer bewegten.

Das geschmolzene Gestein tauchte bei seismischen Messungen in Gebieten auf, in denen die Asthenosphäre ihre höchsten Temperaturen erreichte, etwa 2.640 Grad Fahrenheit (1.450 Grad Celsius).

Hua ist der Hauptautor einer Studie, die die Ergebnisse detailliert beschreibt und am Montag in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht wurde.

„Diese Studie ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis, warum die Asthenosphäre – die schwache Mantelschicht unter den tektonischen Platten, die die Bewegung der Platten ermöglicht – tatsächlich schwach ist“, sagte Studienkoautorin Karen M. Fischer, eine angesehene Professorin für Geologie an der Brown University. in einer Stellungnahme.

„Letztendlich liefert es den Beweis, dass andere Faktoren wie Temperatur- und Druckschwankungen die Stärke der Asthenosphäre steuern und sie so schwach machen können, dass Plattentektonik möglich ist.“

Die Ergebnisse können Forschern helfen zu verstehen, wie verschiedene Schichten unter der Erde funktionieren.

The-CNN-Wire

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