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Lexikon der Geowissenschaften: Asthenosphäre

Asthenosphäre, die weiche Sphäre des oberen Erdmantels, die die Lithosphäre unterlagert. Die Asthenosphäre ist zwar fest, da sich in ihr auch Transversalwellen ausbreiten, verhält sich aber aus rheologischer Sicht duktil oder fließfähig. Diese weiche Rheologie der Asthenosphäre wird dadurch erklärt, daß sich in dieser Zone die Gesteinstemperatur der Schmelztemperatur des den oberen Mantel aufbauenden Peridotits nähert und wohl auch lokal überschreitet. Hierdurch wird ein teilweises Aufschmelzen und damit eine Erweichung des Gesteins bewirkt. Dieses Verhalten äußert sich durch die aus seismologischen Beobachtungen erkannte Verringerung der seismischen Geschwindigkeiten um etwa 3-6%, insbesondere für Scherwellen. Auch wird in dieser Zone eine etwas stärkere Dämpfung der seismischen Wellen beobachtet, auch hier wieder insbesondere bei den Scherwellen. Es reichen wenige Prozent von Schmelzen aus, um die beobachteten Anomalien zu erklären. Diese Niedriggeschwindigkeits-Zone (low velocity zone) wird nach ihrem Entdecker Gutenberg genannt. Die Oberkante der Asthenosphäre ist an den rheologischen Übergang vom rigiden zum duktilen Verhalten gebunden. Unter den Kontinenten liegt diese Zone in 150-200 km Tiefe und im Temperaturbereich um 1100-1200ºC. Unter Regionen alter Schilde ist die Asthenosphäre seismologisch nur sehr schwach ausgeprägt. Im Gegensatz hierzu liegt die Unterkante der Lithosphäre unter den jungen mittelozeanischen Rücken, hier dringen heiße Gesteine aus dem Erdmantel auf, in nur wenigen Kilometern Tiefe unter dem Meeresboden und bei Temperaturen unterhalb von 1000ºC. Im Verlauf des Spreizungsprozesses kühlen sich die Gesteine ab und mit zunehmendem Alter nimmt die Mächtigkeit der Asthenosphäre zugunsten der Lithosphäre ab. Nach einer Abkühlungszeit von ca. 100 Mio. Jahren liegt diese Grenze in etwa 100 km Tiefe. Unter kontinentalen Riftzonen, z.B. im ostafrikanischen Grabensystem, weist die Asthenosphäre eine Aufwölbung auf. Ihre Unterkante wird in ca. 400 km Tiefe durch eine Geschwindigkeitserhöhung erkannt, die als eine mehr oder minder breite Übergangszone ausgebildet ist.

Für die Plattentektonik ist die Asthenosphäre mit ihrer Eigenschaft der Fließfähigkeit von grundlegender Bedeutung. Sie schafft die Möglichkeit, daß die starren Lithosphärenplatten vom tieferen Erdinnern entkoppelt sind und sich auf der Asthenosphäre bewegen können. Man vermutet, daß in der Asthenosphäre konvektionsartige Bewegungen ablaufen und damit eine mögliche Ursache der Plattenbewegungen sind (Plattentektonik). [PG]

Literatur: GIESE, P. (Hrsg.) (1995): Geodynamik und Plattentektonik. – Heidelberg.

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