News: Mehr Wasser als in den Ozeanen
Das kleine bisschen Wasser im Erdmantel stammt von ozeanischer Kruste, die im Zuge plattentektonischer Vorgänge in die Tiefe abtauchen - so dachte man jedenfalls bisher. Jetzt haben Forscher den Verdacht, dort unten lagerten riesige Mengen Wasser.
© (Ausschnitt)
Der Erdmantel – so jedenfalls steht es in den Lehrbüchern – ist weitgehend trocken. Allenfalls in den obersten Bereichen führen die Gesteine demnach etwas Wasser, weil durch das Absinken der ozeanischen Kruste bei den Subduktionszonen Wasser in den Mantel gelangt. Dieses verlässt den Mantel im Laufe der Zeit wieder durch den mit der Subduktion zusammenhängenden Vulkanismus.
Seit einigen Jahrzehnten weiß man jedoch, dass die ozeanische Kruste in solchen Regionen mitunter bis tief in den oberen Erdmantel geschoben wird. Daher spekulieren einige Forscher, es gebe auch in den tieferen Bereichen des Erdmantels größere Wasservorräte – eine These, die jetzt von Mark van der Meijde und seinen Kollegen an der ETH Zürich gestützt wird.
Die Forscher haben im Rahmen des internationalen Projekts MIDSEA mithilfe von seismischen Messungen den Mantelbereich unterhalb des Mittelmeerbeckens genauer untersucht. Dass sie just dieses tektonisch komplizierte Gebiet ausgewählt haben, hat seinen guten Grund, denn in der Region gibt es heute noch zwei aktive Subduktionszonen, und große Bereiche des Erdmantels wurden hier in der jüngeren geologischen Vergangenheit von Subduktionsprozessen beeinflusst.
Dabei haben die Forschenden Signale von weit entfernten Erdbeben ausgewertet und auf diese Weise in 410 und 660 Kilometern Tiefe zwei Grenzschichten im Erdmantel genauer untersucht. Dabei handelt es sich um sogenannte seismische Diskontinuitäten, die entstehen, weil die Gesteine oberhalb und unterhalb der Grenzsschichten aus anderen Mineralien oder Mineralphasen bestehen.
Die Messungen haben nun gezeigt, dass in dem betreffenden Mantelbereich die obere Grenzschicht dicker ist als andernorts. "Dies deutet darauf hin, dass es in diesem Bereich des Mantels Wasser geben könnte", erklärt Suzan van der Lee. Denn auf Grund von theoretischen Überlegungen und experimentellen Daten weiß man, dass Wasser den Stabilitätsbereich der Mineralien in der Übegangszone unterhalb 410 Kilometer vergrößert, da diese viel mehr Wasser in ihr Kristallgitter einbauen können als die Mineralien, die oberhalb der Grenzschicht vorkommen. "Wenn es im Erdmantel in dieser Tiefe Wasser gibt, dann erwartet man, dass die Grenzschicht so verändert wird, wie wir das nun beobachtet haben", meint van der Lee.
Sollte es im Übergangsbereich des Erdmantels tatsächlich nennenswerte Mengen an Wasser geben, dann stellt sich natürlich die Frage, ob die Übergangszone womöglich ein verstecktes Wasserreservoir ist. Immerhin haben die Wissenschaftler berechnet, dass die Gesteine knapp oberhalb der Grenzschicht in 410 Kilometer Tiefe bis zu 700 parts per million Wasser enthalten.
Auf den ersten Blick scheint das nicht sehr viel, doch angesichts der Ausdehnung des Erdmantels und der Tatsache, dass die Gesteine in der Übergangszone eine höhere Aufnahmekapazität haben, käme ein beachtliches Volumen an Wasser zusammen. "Theoretisch könnte in der Übergangszone zweimal mehr Wasser gespeichert sein als in den Weltmeeren", erklärt van der Lee. "Allerdings wissen wir, dass im Mantel effektiv nicht so viel Wasser vorhanden sein kann, weil die 410-Kilometer-Grenzschicht außerhalb des Mittelmeerraums meistens nicht verdickt ist."
Die neue Studie stützt zudem eine andere Hypothese. Verschiedene Geophysiker postulieren nämlich, ultratiefe Erdbeben, die in Tiefen von 600 Kilometern oder mehr entstehen, würden von Prozessen ausgelöst, die in Zusammenhang mit Wasser stehen. "Unsere Studie zeigt nun", meint van der Lee, "dass diese Spekulationen realistischer sind als bisher angenommen."
Seit einigen Jahrzehnten weiß man jedoch, dass die ozeanische Kruste in solchen Regionen mitunter bis tief in den oberen Erdmantel geschoben wird. Daher spekulieren einige Forscher, es gebe auch in den tieferen Bereichen des Erdmantels größere Wasservorräte – eine These, die jetzt von Mark van der Meijde und seinen Kollegen an der ETH Zürich gestützt wird.
Die Forscher haben im Rahmen des internationalen Projekts MIDSEA mithilfe von seismischen Messungen den Mantelbereich unterhalb des Mittelmeerbeckens genauer untersucht. Dass sie just dieses tektonisch komplizierte Gebiet ausgewählt haben, hat seinen guten Grund, denn in der Region gibt es heute noch zwei aktive Subduktionszonen, und große Bereiche des Erdmantels wurden hier in der jüngeren geologischen Vergangenheit von Subduktionsprozessen beeinflusst.
Dabei haben die Forschenden Signale von weit entfernten Erdbeben ausgewertet und auf diese Weise in 410 und 660 Kilometern Tiefe zwei Grenzschichten im Erdmantel genauer untersucht. Dabei handelt es sich um sogenannte seismische Diskontinuitäten, die entstehen, weil die Gesteine oberhalb und unterhalb der Grenzsschichten aus anderen Mineralien oder Mineralphasen bestehen.
Die Messungen haben nun gezeigt, dass in dem betreffenden Mantelbereich die obere Grenzschicht dicker ist als andernorts. "Dies deutet darauf hin, dass es in diesem Bereich des Mantels Wasser geben könnte", erklärt Suzan van der Lee. Denn auf Grund von theoretischen Überlegungen und experimentellen Daten weiß man, dass Wasser den Stabilitätsbereich der Mineralien in der Übegangszone unterhalb 410 Kilometer vergrößert, da diese viel mehr Wasser in ihr Kristallgitter einbauen können als die Mineralien, die oberhalb der Grenzschicht vorkommen. "Wenn es im Erdmantel in dieser Tiefe Wasser gibt, dann erwartet man, dass die Grenzschicht so verändert wird, wie wir das nun beobachtet haben", meint van der Lee.
Sollte es im Übergangsbereich des Erdmantels tatsächlich nennenswerte Mengen an Wasser geben, dann stellt sich natürlich die Frage, ob die Übergangszone womöglich ein verstecktes Wasserreservoir ist. Immerhin haben die Wissenschaftler berechnet, dass die Gesteine knapp oberhalb der Grenzschicht in 410 Kilometer Tiefe bis zu 700 parts per million Wasser enthalten.
Auf den ersten Blick scheint das nicht sehr viel, doch angesichts der Ausdehnung des Erdmantels und der Tatsache, dass die Gesteine in der Übergangszone eine höhere Aufnahmekapazität haben, käme ein beachtliches Volumen an Wasser zusammen. "Theoretisch könnte in der Übergangszone zweimal mehr Wasser gespeichert sein als in den Weltmeeren", erklärt van der Lee. "Allerdings wissen wir, dass im Mantel effektiv nicht so viel Wasser vorhanden sein kann, weil die 410-Kilometer-Grenzschicht außerhalb des Mittelmeerraums meistens nicht verdickt ist."
Die neue Studie stützt zudem eine andere Hypothese. Verschiedene Geophysiker postulieren nämlich, ultratiefe Erdbeben, die in Tiefen von 600 Kilometern oder mehr entstehen, würden von Prozessen ausgelöst, die in Zusammenhang mit Wasser stehen. "Unsere Studie zeigt nun", meint van der Lee, "dass diese Spekulationen realistischer sind als bisher angenommen."
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