Wie laufen sie denn?

  • 21. April 2009
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Potsdam – Erdbebenwellen breiten sich bei ihrem Lauf durch die Erdkugel nicht gleichmäßig aus. Jetzt konnte experimentell nachgewiesen werden, dass im unteren Erdmantel zwischen 660 und 2900 km Tiefe die Geschwindigkeit der Scherwellen (S-Erdbebenwellen) sehr stark von der Ausrichtung des Minerals Ferroperiklas abhängt. Wissenschaftler vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ, der Universität Karlsruhe, der Universität Bayreuth und der Arizona State University berichten in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „Science“ über unerwartete Eigenschaften dieses vermutlich zweithäufigsten Minerals des unteren Erdmantels.



Abb.: Mittels Laserstrahlung wird die Ausbreitung von Schallwellen in einer winzigen Mineralprobe bei extrem hohen Drücken gemessen. (Bild: GFZ)


„Ab einem Druck von etwa 50 Giga-Pascal, was rund 1300 Kilometer Erdtiefe entspricht, zeigt sich eine besonders starke Richtungsabhängigkeit der Wellenausbreitung, was auf eine elektronische Strukturänderung der Eisenionen im Ferroperiklas zurückzuführen ist“, sagen dazu Hauke Marquardt und Sergio Speziale vom GFZ. Darüber hinaus kommt es zu einer bevorzugten Orientierung des Minerals aufgrund von Fließbewegungen im unteren Mantel. Daraus resultiert die meßbare ungleichmäßige Ausbreitung von Erdbebenwellen. Diese Fließbewegungen sind die treibende Kraft hinter tektonischen Plattenbewegungen, Gebirgsbildungen, Erdbeben und vulkanischen Aktivitäten und bestimmen damit maßgeblich unser Leben auf der Erdoberfläche.

Da das tiefe Erdinnere direkter Beobachtung nicht zugänglich ist, holen die Wissenschaftler die Erde ins Labor. Dazu erzeugen sie Drücke, wie sie im Erdmantel vorkommen. Mittels Diamantstempelzellen werden die Hochdruck-Experimente am GFZ durchgeführt, ergänzt werden diese Untersuchungen mit Röntgenbeugungsexperimenten an der Synchrotronquelle „Diamond Light Source“ in Didcot, England.

Die neuen Erkenntnisse haben praktischen Wert: Annahmen über das Gesteinsmaterial tief im Erdinnern sind notwendig um die Fließbewegungen im unteren Erdmantel aus der messbaren Richtungsabhängigkeit der S-Wellengeschwindigkeiten abzuleiten und so plattentektonische Prozesse besser zu verstehen.

Helmholtz-Zentrum Potsdam


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AL

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