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Mit einer aufwendigen Versuchsanordnung untersuchen die ETH-​Forschenden das Verhalten der Gesteine tief im Erdinnern. Die Probe befindet sich im Block in der Mitte des Bildes. (Bild: M. Murakami, ETH Zürich)

Ein neuer Blick auf das Innere der Erde

Nach gängiger Lesart ist der Erdmantel chemisch relativ gleichmässig aufgebaut. Experimente von ETH-?Forschern zeigen nun, dass diese Vorstellung wohl zu simpel ist. Die Resultate lösen ein wichtiges Problem der Erdwissenschaften – und werfen neue Fragen auf.

Es gibt Orte, die bleiben für uns Menschen immer unerreichbar. Dazu gehört das Innere der Erde. Dennoch gibt es Möglichkeiten, sich ein Bild von dieser unbekannten Welt zu machen. So setzt beispielsweise die Ausbreitungsgeschwindigkeit von seismischen Wellen wichtige Leitplanken, wie die Erde strukturiert ist und welche physikalischen Eigenschaften die Materialien in der Tiefe haben. Ausserdem geben vulkanische Gesteine, die an einzelnen Stellen tief aus der Erde an die Oberfläche gelangen, wichtige Hinweise auf die chemische Zusammensetzung des Erdmantels. Und schliesslich ermöglichen Laborexperimente, die Bedingungen im Erdinnern im kleinen Massstab zu simulieren.

Wie aufschlussreich solche Experimente sind, zeigt eine neue Publikation, die Motohiko Murakami, Professor für experimentelle Mineralphysik, mit seinem Team soeben in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht hat. Die Resultate der Forscher lassen den Schluss zu, dass das Bild, das sich viele Erdwissenschaftler vom Inneren der Erde machen, möglicherweise zu simpel ist.

Sprunghafte Änderung

Unter der dünnen Erdkruste, die nur einige wenige Kilometer dick ist, der Erdmantel, der ebenfalls aus Gesteinen besteht. Dieser umschliesst den Erdkern, der in einer Tiefe von 2900 Kilometern beginnt. Aufgrund der seismischen Signale weiss man, dass in es im Erdmantel in einer Tiefe von ca. 660 Kilometern einen markanten Übergang gibt: Die Gesteine im oberen Mantel über dieser Grenze weisen andere mechanische Eigenschaften auf als der darunterliegende untere Erdmantel, und deshalb ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der seismischen Wellen an dieser Grenze sprunghaft.

Unklar ist, ob es sich hierbei nur um eine physikalisch bedingte Grenze handelt oder ob sich auch die chemische Zusammensetzung der Gesteine ändert. Viele Erdwissenschaftler gehen davon aus, dass der Erdmantel als Ganzes eine relativ homogene Zusammensetzung hat und aus magnesiumreichen Gesteinen besteht, die eine ähnliche Zusammensetzung haben wie die Peridotit-?Gesteine, die man an der Erdoberfläche findet. Diese Boten aus dem oberen Mantel werden beispielsweise von Vulkanen an die Erdoberfläche gefördert und weisen ein Magnesium-?Silizium-Verhältnis von ca. 1,3 auf. Mehr erfahren....

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