Wenn die Platte klemmt

Jena (nd). Als einziger Planet unseres Sonnensystems besitzt die Erde eine Kruste, die aus mehreren, sich bewegenden Einzelplatten besteht. Was wir als festen Boden unter unseren Füßen wahrnehmen, verändert sich ständig: innerhalb eines Jahres werden Afrika und Amerika am mittelatlantischen Rücken einige Zentimeter auseinandergedrückt, während sich der Boden des Pazifiks unter den südamerikanischen Kontinent schiebt. »In ein paar Millionen Jahren wird Afrika auseinandergebrochen sein und Nordaustralien am Äquator liegen«, sagt Falko Langenhorst von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Die Plattentektonik führt zu einer permanenten Erneuerung der Ozeanböden, erläutert der Mineraloge. Die Lücken zwischen den auseinanderdriftenden Platten werden durch aufsteigendes geschmolzenes Gestein gefüllt. So entsteht neue Ozeankruste. Da, wo die Platten aufeinanderstoßen, taucht jeweils eine davon langsam unter die andere. Das Material der untertauchenden Platte wird geschmolzen und vermischt sich mit dem umgebenden Erdmantel.

Doch das ständige Auf und Ab der Erdkruste verläuft nicht überall reibungslos. »Seismische Messungen zeigen, dass in manchen Regionen, wo sich eine Platte unter eine andere schiebt, die Bewegung stockt, sobald das Gestein eine bestimmte Tiefe erreicht hat«, sagt Langenhorst. Was den »Stau« in den sogenannten Subduktionszonen verursacht, war bislang ungeklärt. Im Fachblatt »Nature Geoscience« (doi: 10.1038/ NGEO1772) schlagen Langenhorst und Geowissenschaftler der Uni Bayreuth nun erstmals eine Erklärung für dieses Phänomen vor.

Demnach bleibt das Gestein der abtauchenden Ozeanplatte in 440 bis 650 Kilometern Tiefe - in der Übergangszone zwischen oberem und unterem Erdmantel - stecken, weil die Umwandlung der schmelzenden Minerale sich verlangsamt. Anhand von Hochdruckexperimenten konnten die Forscher zeigen, dass unter den vorherrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen in dieser Tiefe der Elementaustausch zwischen den Hauptmineralien der untertauchenden Ozeanplatte, Pyroxen und Granat, extrem verlangsamt ist. »Die Auflösung der Pyroxen-Komponente im Granat ist so langsam, dass das abtauchende Gestein nicht mehr an Dichte zunimmt und deshalb stagniert«, sagt der Jenaer Forscher. Das geschieht besonders dort, wo der Ozeanboden besonders schnell ins Erdinnere abtaucht, da sich das Gestein dort zu langsam aufheizt.