Schweizer Forschende machen bahnbrechende Entdeckung im Erdmantel

Die ETH Zürich hat die etablierte Geologie gehörig durcheinandergebracht. Schweizer Forschende haben Zonen im unteren Erdmantel entdeckt, die nach heutigen wissenschaftlichen Modellen eigentlich gar nicht existieren dürften. Damit wird nicht bloss eine Karte geringfügig angepasst, sondern unser Verständnis der Plattentektonik grundlegend infrage gestellt.

Gemeinsam mit dem California Institute of Technology nutzte das Team hochmoderne hochauflösende Modelle, um tief ins Erdinnere zu blicken. Dabei entdeckten die Forschenden Gesteinszonen, die deutlich kälter sind und sich in ihrer Zusammensetzung vom umgebenden Mantel unterscheiden. Solche Anomalien gelten normalerweise als Fingerabdrücke versunkener tektonischer Platten, als «Friedhöfe» der Erdkruste. Die neu entdeckten Zonen liegen jedoch an unerwarteten Orten. Sie widersprechen den etablierten Regeln der Subduktion grundlegend und deuten darauf hin, dass der dynamische Motor unseres Planeten viel komplexer ist als bisher angenommen.

Der Fundort dieser Zonen gibt den Forschenden Rätsel auf. «Doch sie befinden sich nicht dort, wo man sie erwartet hätte», erklärt die ETH Zürich und unterstreicht damit das Ausmass der Anomalie. Die gängige geologische Theorie besagt, dass versunkene Platten dort zu finden sind, wo tektonische Platten aufeinanderprallen, also wo eine Platte mit grosser Wucht unter eine andere abtaucht. Die neu entdeckten Zonen liegen jedoch unter den weiten offenen Ozeanen und tief im Innern von Kontinenten, Tausende Kilometer von jeder aktiven Plattengrenze entfernt.

Besonders bemerkenswert ist der westliche Pazifik. Nach allen belastbaren Modellen der jüngeren Erdgeschichte ist es physikalisch unmöglich, dass es in der Nähe Subduktionszonen gab, die diese Ablagerungen hervorgebracht haben könnten. Dennoch sind die Daten eindeutig. Die Präsenz dieser «Geisterplatten» in geologisch ruhigen Gebieten deutet auf eine grosse Lücke in den Aufzeichnungen der Erdbewegungen hin. Das Schweizer Team steht nun vor einem geologischen Paradox: Es gibt Hinweise auf heftige tektonische Aktivitäten in Regionen, die eigentlich inaktiv gewesen sein müssten.

Da sich nicht bis zum Erdmantel bohren lässt, setzen Schweizer Geophysikerinnen und Geophysiker auf die nächstbeste Methode: die Suche in seismischen Daten. Durch die Analyse von Seismogrammen, also Aufzeichnungen von Erdbebenwellen, können Forschende messen, wie schnell sich diese Wellen durch den Planeten ausbreiten. Das ist eine Art Computertomografie im planetaren Massstab. Veränderungen der Wellengeschwindigkeit geben Aufschluss über die verborgene Dichte und Temperatur des Gesteins in der Tiefe und ermöglichen es dem Team, ein detailgetreues dreidimensionales Bild des Erdinnern zu erstellen.

Diese indirekte Methode ist derzeit die einzige Möglichkeit, den Rätseln des tiefen Erdinnern auf den Grund zu gehen. Die Daten zeigen, dass diese ungewöhnlichen Zonen seismische Wellen verlangsamen oder verändern, und zwar auf eine Weise, wie es normales Mantelgestein nicht tut. Die Technologie liefert ein klares Bild davon, wo sich diese Strukturen befinden. Was sie sind, wird jedoch weiterhin heftig diskutiert. Die Präzision der von Schweizer Forschenden geleiteten Modelle setzt neue Massstäbe in der Geophysik und zeigt, dass Daten selbst ohne direkte Beobachtung Licht in die dunkelsten Tiefen unserer Welt bringen können.

Wenn es sich nicht um fehlplatzierte tektonische Platten handelt, worum dann? Die Forschenden schlagen zwei verblüffende Möglichkeiten vor, die beide die Geschichte der Erde neu schreiben würden. Einer Theorie zufolge handelt es sich um uralte, kieselsäurereiche Materialien, die seit über 4 Milliarden Jahren erhalten geblieben sind. Es wären ursprüngliche Überreste aus der Entstehungszeit des Mantels, widerstandsfähige Zeitkapseln, die Äonen konvektiver Strömungen überstanden haben, ohne sich mit dem Rest des Planeten zu vermischen.

Möglicherweise sind die Zonen aber auch riesige Ansammlungen eisenreichen Gesteins, die im Lauf von Milliarden Jahren als Nebenprodukt der Mantelbewegungen entstanden sind. Ob es sich um uralte Narben aus der Entstehungszeit der Erde oder um über Äonen geschmiedete Eisengiganten handelt, eines ist sicher: Das Erdinnere ist keine einheitliche Magmamasse. Es ist ein dynamisches, vielfältiges Archiv der Planetengeschichte. Während die ETH Zürich diese Modelle weiter verfeinert, steht die Schweizer Wissenschaftsgemeinschaft an der Spitze einer geologischen Revolution und zeigt einmal mehr, dass die Verhältnisse unter unseren Füssen alles andere als geklärt sind.