Geophysik Rätselhafte Riesenblasen im Bauch der Erde

Sie bringen die Erde aus der Balance und speisen Vulkane: Unter Afrika und dem Pazifik wabern gigantische Gesteinsblasen. Anscheinend spülen sie urzeitlichen Erdboden aus dem Erdinnern zurück nach oben.

Künstlerische Innenansicht der Erde
Dr. Mingming Li/ University of Colorado/ Nature

Künstlerische Innenansicht der Erde

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Zwei riesige Blasen teils geschmolzenen Gesteins unter Afrika sowie unter dem Pazifik sorgen für Unruhe: Jeweils hundertmal größer als der Mount Everest, der höchste Berg der Erde, wabern sie seit Urzeiten im Bauch der Erde.

Zweimal sollen sie aus dem Gleichgewicht geraten sein, so dass der gesamte Planet gekippt ist - Kontinente lagen danach in anderen Klimazonen.

Der Gesteinsbrei hat auch auf der Erdoberfläche Spuren hinterlassen. Er speist gewaltige Magmaschlote, deren Explosionen zu den größten Vulkanausbrüchen aller Zeiten gehören. Die Eruptionen hinterließen beispielsweise vor 66 Millionen Jahren in Indien Lavaablagerungen auf einer Fläche so groß wie Alaska - teils zwei Kilometer dick.

Die beiden Riesenblasen sind weiter in Bewegung. Jetzt erlangten Forscher Einblick in die unterirdischen Ungetüme.

Die Gelehrten hegen einen Verdacht: Sind die Hitzebeulen Teil einer planetaren Recycling-Maschine? Gelangt in ihnen vor Urzeiten abgesunkene Erdkruste, auf der womöglich Dinosaurier spazierten, wieder nach oben?

Wie Blasen in einem Kochtopf

Die Blasen - so viel scheint klar - sind aus Gestein, das an der Grenze zum Erdkern so stark erhitzt wird, dass es teils schmilzt. An ihrem Rand steigen Hitzesäulen in die Nähe der Erdoberfläche - wie Blasen in einem Kochtopf.

Mit Erdbebenwellen haben Geophysiker die Erde regelrecht durchleuchtet - seismische Tomogramme machen das Erdinnere sichtbar wie Ultraschallbilder das Kind im Bauch einer Schwangeren: Die Wellen durchlaufen den Planeten, sie verändern ihre Geschwindigkeit - je nachdem, welches Material sie passieren.

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Geoforschung: Sensationen des Planeten Erde

Auf dem gesamten Weg durch den Erdmantel beschleunigen die Bebenwellen. In den Riesenblasen aber bremsen sie - ein deutliches Zeichen dafür, dass die Blasen extrem heiß sein müssen: Heiße, teils geschmolzene Substanz, leitet die Wellen nicht so gut.

Forscher um Edward Garnero von der Arizona State University listen im Fachmagazin "Nature Geoscience" nun eine ganze Reihe von Messungen auf, die Auskunft geben über die mysteriösen Hitzebeulen. Die wichtigste Erkenntnis: Die Blasen seien nicht nur heißer als die Umgebung, sie bestünden auch aus besonderem Material.

Relikte von Urzeitboden

Vulkane etwa, die sich aus den Blasen zu speisen scheinen, spucken eigenartige Lava. Die Beweise für die chemische Besonderheit der Blasen seien "schon recht stark", sagt Bernhard Steinberger vom Helmholtz-Zentrum in Potsdam, der das Erdinnere erforscht.

Garnero und seine Kollegen vermuten, dass Teile abgesunkener Erdplatten am Rand der Blasen wieder nach oben gelangen wie durch einen Kaminschlot.

Messungen zeigen, dass in den Blasen teils Material mit weit höherer Dichte steckt als im übrigen Erdmantel - es wäre also schwerer. Garnero zufolge ist das ein Hinweis darauf, dass sich die Blasen Relikte von Urzeitboden einverleibt haben.

Zehn erstaunliche Entdeckungen

Erdbebendaten stützen die These: Bei Erdbeben rasen nicht nur Wellen durch den Untergrund, sondern der ganze Planet vibriert wie eine Glocke. Diese sogenannten Eigenschwingungen verraten die Dichte des Erdinneren: Je langsamer sie schwingen, desto dichter ist das Material, das sie queren, desto schwerer ist es also.

Spukhafte Schlieren

Es sei plausibel anzunehmen, dass Teile alten Meeresbodens in den Hitzesäulen am Rand der Blasen mit nach oben gerissen würden, bestätigt Steinberger.

Tatsächlich meinen Geophysiker an der Grenze zum Erdkern eine Art Friedhof abgesunkener Erdplatten entdeckt zu haben. Dort, in 2900 Kilometer Tiefe, etwa auf halbem Weg zum Mittelpunkt des Planeten, haben sie eine abwechslungsreiche Landschaft entdeckt: Spukhafte Schlieren driften wie Wolken über Hügel und Berge in einem Gesteinsbrei, der heiß ist wie die Sonne.

Dort, an der Kern-Mantel-Grenze, sammelt sich anscheinend der Bodensatz der Erde: Platten, die einst als Meeresboden an der Oberfläche lagen, sinken hinab und sammeln sich in rund 2800 Kilometer Tiefe, glauben Wissenschaftler.

Auf Bildern des Erdinneren zeichnen sich dort Blöcke von 500 Kilometern Breite und mehreren Tausend Kilometern Länge ab. Erdbebenwellen offenbaren die Blöcke als schlierenhafte Strukturen in der Tiefe.

Dunst des Urzeitwassers

Laborexperimente zeigen, dass es sich um alten Ozeanboden handeln könnte: Geophysiker setzten Basalt, das typische Gestein aus Meeresboden-Erdplatten, im Labor Bedingungen aus, wie sie an der Kern-Mantel-Grenze zu erwarten sind: Eine Spezialpresse quetschte das Gestein unter der Last von rund 1300 Tonnen bei bis zu 4000 Grad.

Anschließend durchleuchteten die Forscher das Gestein mittels seismischer Tomografie. Das Ergebnis beeindruckt: Tatsächlich erzeugten Druckwellen, die den malträtierten Fels durchliefen, Muster wie auf Bildern vom Erdinneren, berichten Gelehrte der Université Blaise Pascal im französischen Clermont-Ferrand - ein Hinweis darauf, dass an der Kern-Mantel-Grenze tatsächlich alte Erdplatten liegen.

Mit Vulkanausbrüchen könnten die Reste des Urzeitbodens wieder an die Oberfläche gelangen. In Gasen, die aus dem Erdmantel steigen, meinen Geoforscher ein wichtiges Indiz für den planetaren Kreislauf des Gesteins gefunden zu haben: Das Verhältnis zweier Varianten des Edelgases Xenon entsprach exakt dem von Meerwasser. Offenbar, so glauben die Forscher, steigt der Dunst des Urzeitwassers wieder aus der Erde.

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