Wir wissen, dass der Boden, auf dem wir gehen, aus festem Gestein besteht (es sei denn, wir laufen zufällig in ein Stück Treibsand …). Aber was ist mit den Schichten der Erde, die sich etwas tiefer unter unseren Füßen befinden?
Das Erdinnere besteht aus mehreren Schichten. Die Oberfläche des Planeten, auf der wir leben, wird Kruste genannt – es ist eine sehr dünne Schicht, die an ihrer dicksten Stelle nur 70 Kilometer tief ist. Die Kruste und die darunter liegende Lithosphäre (die Kruste und der obere Erdmantel) bestehen aus mehreren tektonischen Platten“. Diese bewegen sich langsam über die Oberfläche des Planeten, und die meisten Vulkane und Erdbeben auf der Erde ereignen sich an den Grenzen zwischen den tektonischen Platten.
Tief im Zentrum des Planeten befindet sich der „innere Kern“, von dem wir annehmen, dass er aus massivem Eisen und Nickel besteht. Er ist umgeben vom „äußeren Kern“, der ebenfalls aus Eisen und Nickel besteht, aber geschmolzen ist. Konvektionsströme im äußeren Kern erzeugen das Magnetfeld der Erde.
Und zwischen dem äußeren Kern und der Kruste befindet sich der Erdmantel, der mit einer Dicke von etwa 2.900 Kilometern den größten Teil (etwa 84 Volumenprozent) des Planeten ausmacht. Der konvektive Mantel transportiert die innere Wärme der Erde an die Oberfläche und kriecht wie Teer an einem heißen Tag. Diese Umwälzung ist der „Motor“, der unsere dynamische Erde antreibt – sie macht die Geologie unseres Planeten so interessant, da sie die Bewegung der tektonischen Platten ermöglicht. Ohne sie gäbe es keine Vulkane, keine Erdbeben … und eigentlich wäre die Erde nicht in der Lage, Leben zu erhalten.
Die Geheimnisse der Mantel-Dynamik sind das, was der Preisträger der Anton-Hales-Medaille der Australischen Akademie der Wissenschaften 2018, Dr. Rhodri Davies, erforscht.
Er verwendet fortschrittliche Computer-Tools, um Modelle der Mantel-Dynamik zu entwickeln, die uns helfen, das Verhalten des Mantels zu verstehen und wie er die Erdoberfläche beeinflusst. Diese Modelle kombinieren groß angelegte geophysikalische und geochemische Datensätze mit dem Wissen darüber, wie sich einzelne Minerale unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen verhalten, um die Struktur des Erdmantels zu erhellen, Hinweise darauf zu geben, wie der Erdmantel fließt, und zu zeigen, wie dieser Fluss den Vulkanismus und andere Merkmale an der Oberfläche beeinflusst.
Wir wissen, dass die meisten Vulkane der Erde an tektonischen Plattengrenzen liegen, wo Platten:
- sich auseinander bewegen, wie derzeit zwischen Australien und der Antarktis
- sich aufeinander zubewegen, wobei eine von ihnen in den darunter liegenden Erdmantel zurückgleitet, wie am nördlichen Rand der tektonischen Platte Australiens unter Papua-Neuguinea und Indonesien
- aneinander vorbeigleiten, was an der berüchtigten San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien geschieht.
Es gibt jedoch auch Vulkane, die innerhalb tektonischer Platten liegen, weit entfernt von diesen Grenzprozessen. Diese werden als platteninterne Vulkane bezeichnet. Viele von ihnen werden durch Mantelplumes verursacht – Regionen aus heißem Gestein, die von der Kern-Mantel-Grenze der Erde nach oben zur Oberfläche strömen. Dabei führen sie geschmolzenes Gesteinsmaterial mit sich, das eine Botschaft aus dem tiefen Erdmantel enthält; eine Botschaft, die wir dank Dr. Davies‘ Arbeit entschlüsseln können. Dies hat dazu beigetragen, die Theorien über die Prozesse zu festigen, die vulkanische Inselketten innerhalb der Erdplatten entstehen lassen.
Er hat zum Beispiel Beobachtungen aus mehreren Bereichen kombiniert, um zu zeigen, dass sich Vulkanketten in Australien bildeten, als die australische tektonische Platte über mehrere Mantelplumes nach Norden driftete. Dies führte zu einer Reihe von Vulkanen, die den Kontinent von Norden nach Süden durchziehen und sich vor 34 bis 9 Millionen Jahren bildeten. Ob Sie es glauben oder nicht, der heute tektonisch verschlafene australische Kontinent beherbergt eine der ausgedehntesten Vulkanregionen der Welt, in der es erst vor etwa 5.000 Jahren zu Ausbrüchen auf dem Festland kam.
Es wird angenommen, dass die Inselgruppe von Hawaii durch einen ähnlichen Prozess entstanden ist. Hawaii liegt an der südöstlichen Grenze einer Kette von Vulkanen und untergetauchten Seebergen, die nach Nordwesten hin immer älter werden. Diese Kette teilt sich bei der Insel Oahu in zwei Teile, und Davies und seine Gruppe haben vor kurzem herausgefunden, dass diese Teilung durch eine Richtungsänderung der Pazifischen Platte vor etwa drei Millionen Jahren entstanden ist.
Die Einbeziehung all dieser Faktoren zur Erstellung von Modellen über das Verhalten des Erdmantels verbessert unser Verständnis der Funktionsweise unseres Planeten. Dies hilft uns, die Prozesse zu erklären, die zu der einzigartigen und spektakulären Geologie der Erde führen, und ermöglicht uns, die Entwicklung des Planeten seit seiner Entstehung vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren besser zu verstehen.