Wissenschaft im Dialog

Wieso kommen Magmaströme, die die Verschiebung der Kontinente verursachen, nicht zum Stillstand? Hat das mit Magnetismus und dem Eisenkern der Erde zu tun? 

Die Ursache der Bewegung im Erdmantel, dem Bereich von unterhalb der Erdkruste bis zum Erdkern, liegt in der sogenannten „Wärmekonvektion“: Warme Materie hat eine geringere Dichte als kältere und will deswegen aufsteigen. Dies führt im Erdmantel zu riesigen Umwälzbewegungen, die Material vom Rand des heißen Erdkerns (3000-4000 °C) nach oben bis an die Unterseite der „Lithosphäre“ transportieren. Als Lithosphäre wird das bezeichnet, was an der Oberfläche bewegt wird, also die Kontinentalplatten und ozeanischen Platten. Dort kühlt es ab, wird dadurch wieder dichter und sinkt wieder ab. Ganz ähnlich wie das auch in einem Topf Wasser auf einer Herdplatte passiert oder in einer Lavalampe. Die Bewegungen sind „plastischer“ Natur, es wird also ein aus Mineralen bestehender Festkörper mit sehr hoher Viskosität (der Erdmantel) sehr langsam deformiert. Im Erdmantel gehen diese Bewegungen allerdings wegen der enormen Zähigkeit sehr langsam vonstatten – man spricht von einigen wenigen cm pro Jahr. Ein vollständiger Kreislauf eines kleinen Mantelpaketes kann damit also bis zu 250 Millionen Jahren dauern!  

Auch wenn es mit zunehmender Tiefe immer heißer wird, bedeutet das nicht, dass der Bereich unterhalb der Lithosphäre flüssig geschmolzenes Gestein ist – der gleichzeitig zunehmende Druck verhindert in weiten Bereichen des Erdmantels das Aufschmelzen. Einzig in einer etwa 200 km dicken Schale unterhalb der festen Lithosphäre, der sogenannten „Asthenosphäre“, kann ein kleiner Teil der festen Bestandteile (d. h. Minerale) schmelzen. Diese Schmelze macht aber nur 1-5% des gesamten Volumens aus – es ist also keineswegs so, dass die Kontinente als Platten auf einem flüssigen Strom schwimmen! 

Der Umwälzungsprozess wird solange am Laufen gehalten, wie der Erdkern als „Herdplatte“ noch genügend Wärme abgeben kann, um den Erdmantel aufzuheizen. Ein Teil dieser Wärme wird zwar durch den Zerfall radioaktiver Elemente nachgeliefert (quasi ein gigantisches Atomkraftwerk im äußeren Erdkern), dennoch wird irgendwann in ferner Zukunft diese Wärmequelle durch die stete Zufuhr des relativ kalten Mantelmaterials von oben versiegen und die Maschinerie von Aufheizen, Umwälzen und Plattenbewegung an der Erdoberfläche stoppen. Das bedeutet dann gleichzeitig auch das Ende der Plattentektonik. Bei manchen anderen Planeten oder Monden unseres Sonnensystems nimmt man an, dass sie früher einmal eine aktive Plattentektonik gezeigt haben könnten, die aber nun zum Stillstand gekommen ist. 

Indirekt ist also der heiße Erdkern die Antriebskraft der Mantelkonvektionsbewegungen und damit auch der Plattentektonik. Der Erdmagnetismus ist ein weiteres Phänomen, das seine Ursache im Erdkern hat – Bewegungen im flüssigen äußeren Teil des Kerns wirken als riesiger „Geodynamo“. Mit den Konvektionsbewegungen im Erdmantel hat das aber direkt nichts zu tun.

Bei der Beantwortung der Frage hat uns Dr. Sebastian Müller unterstützt. Er ist wissenschaftlicher Assistent im Bereich Vulkanologie am Institut für Geowissenschaften der Johannes Gutenberg Universität Mainz.   

Redaktion WiD: dg

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