Cameron Merritt
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Der Erdmantel wirkt wie eine riesige Abwanderung, die eine kühle ozeanische Kruste nach unten zum Kern zirkuliert, wo sie sich zu einem goopy Feststoff erwärmt und dann wieder aufsteigt - ein Prozess, der alles von der Plattentektonik bis zum Vulkanismus antreibt.
Dieses System weist jedoch einige Probleme auf, und neue Untersuchungen zeigen, warum: Eine rutschige Schicht mit einer Tiefe von etwa 670 Kilometern stoppt Krustenbrocken auf ihren Spuren und erzeugt "stagnierende Platten" in der Mitte des Mantels, der Schicht zwischen den Erdkruste und ihr Kern. [In Fotos: Ozean unter der Erdoberfläche versteckt]
"Diese Durchbiegung der Platten war für unser Verständnis von [dem Mantel] immer rätselhaft", sagte Shijie Zhong, Physikerin an der Universität von Colorado Boulder und Mitautorin der neuen Studie, die am 1. Oktober in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht wurde.
Stalled out
Es gibt keine Möglichkeit, direkt auf den Mantel zu schauen, aber Wissenschaftler untersuchen seine Dynamik anhand seismischer Wellen von Erdbeben. Durch die Erfassung der Wellen, die sich durch den Globus ausbreiten, können Forscher ein Bild des Mantels erstellen, ähnlich wie Radar Objekte mithilfe von Radiowellen abbilden kann.
Was im Mantel passiert, hängt damit zusammen, was in der Kruste vor sich geht. Die Kruste besteht aus tektonischen Platten, die wie Flöße auf einem sehr, sehr dicken Meer über den Mantel fahren (die Konsistenz der Kruste ähnelt der von heißem Asphalt). In einigen Gebieten, die als Subduktionszonen bezeichnet werden, taucht eine tektonische Platte unter eine andere und schleift Stücke ozeanischer Kruste in den Mantel. Aus der Seismologie, so Zhong, wussten die Forscher, dass einige dieser Krustenplatten nicht immer die gesamten 3.000 km bis zur Kern-Mantel-Grenze zurücklegen. Im Wesentlichen bleiben sie auf halbem Weg stecken.
Insbesondere im westlichen Pazifik, in der Nähe von Japan und im Marianengraben scheinen die Krustenplatten in einer Tiefe von etwa 670 km (416 Meilen) herauszustehen. In diesen Gebieten scheinen sie sich abzulenken und horizontal bis zu 2.000 km zu bewegen..
Die Mantelschicht in dieser bestimmten Tiefe ist ungewöhnlich, sagte Zhong, weil das Gestein dort eine plötzliche Dichtezunahme durchläuft, die das Ergebnis des Drucks des gesamten Gesteins ist, das darauf drückt. In der neuen Studie erstellten Zhong und der Doktorand der Universität von Colorado, Wei Mao, ein Computermodell der Dynamik des Mantels, das sowohl diese Dichtezunahme als auch die letzten 130 Millionen Jahre kontinentaler Plattenbewegungen umfasst.
Modellmantel
Dieses vollständigere Modell des Mantels erzeugte natürlich die gleiche Art von stagnierenden Platten, die im realen Mantel zu sehen waren, fanden die Forscher heraus. Was zu passieren scheint, sagte Zhong, ist, dass der akkumulierte Druck des darüber liegenden Gesteins bei 670 km einen Bereich mit reduzierter Viskosität erzeugt - im Wesentlichen ist der Mantel rutschiger und weniger klebrig.
"Diese verringerte Viskosität liefert im Wesentlichen eine sogenannte Schmierung der Platten", sagte Zhong. Die Krustenbrocken können seitlich rutschen und rutschen, anstatt weiter nach unten zu stürzen.
Diese Störung in der Maschine ist nur vorübergehend. Die Platten sind wahrscheinlich nur etwa 20 Millionen Jahre lang gefangen, sagte Zhong - ein Wimpernschlag in Bezug auf die Erdgeschichte. Ihre Dynamik könnte jedoch für einige der an der Oberfläche beobachteten geologischen Phänomene wichtig sein. Zum Beispiel könnte die vulkanische Aktivität im Nordosten Chinas, weit entfernt vom Vulkanbogen Japans, teilweise auf einige dieser Plattendynamiken zurückzuführen sein, sagte Zhong.
Das Modell beantwortet nicht alle Fragen zu den stagnierenden Platten. Es ist nicht klar, sagte Zhong, warum der westliche Pazifik so viele dieser stagnierenden Platten hervorzubringen scheint, während Subduktionszonen in der Nähe von Nord- und Südamerika dies derzeit nicht tun. Es gibt auch andere mysteriöse Orte auf der ganzen Welt, sagte er.
"In Orten wie Neuseeland gibt es immer noch einige Meinungsverschiedenheiten zwischen unserem Konvektionsmodell und den Beobachtungen", sagte er, "also müssen wir diese Orte in Einklang bringen."
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