Geheimnisvolle Blobs und Plattentektonik – Was passiert wirklich unter unseren Füßen?

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Die Erde, die wir sehen, wenn wir aus unserem Fenster schauen, verändert sich nie, und doch verändert sich die Erde selbst ständig, da Kontinente im Laufe von Hunderten von Millionen Jahren langsam zusammen- oder auseinanderdriften – ein Prozess, den Erdforscher Plattentektonik nennen. Wo die Kontinente kollidieren, drücken sie die Erdkruste in den Himmel und bilden Gebirgszüge wie die Anden, Alpen und Rocky Mountains. Wo sie auseinanderfallen, entstehen Täler, in denen sich die Weltmeere befinden. Der Mount Everest ist mit 29.029 Fuß (8.848 Metern) der höchste Punkt der Erde, aber der Challenger Deep im Pazifischen Ozean ist 35.814 Fuß (10.935 Meter) tief und könnte den Everest mit mehr als einer Meile Vorsprung leicht vollständig verschlucken.

Geowissenschaftler glauben, dass die Subduktion – die Seitwärts- und Abwärtsbewegung des Randes einer Erdkrustenplatte in den Erdmantel unter einer anderen Platte – eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf der Erde spielt und möglicherweise zur Entstehung von Leben auf unserem Planeten beigetragen hat. Diese Wissenschaftler sind seit langem auf der Suche nach einem klareren Verständnis dafür, wie die Erde entstanden ist und wie sie sich über Milliarden von Jahren verändert hat. Sie wollen insbesondere verstehen, was geschah, als vor etwa 4 Milliarden Jahren ein riesiger Asteroid auf die Erde prallte.

Plattentektonik und der Mond

Die am weitesten verbreitete Theorie besagt, dass der Einschlag eine große Wolke aus Planetenmaterial verursacht hat Auswurf um in den Weltraum geschleudert zu werden, wo es zu dem verschmolz, was wir heute den Mond nennen. Stellen Sie sich das so vor, als würden Sie eine Bowlingkugel in eine Wanne mit Wasser fallen lassen. Der Spritzer, der über die Oberfläche steigt, wird dank der Wunder der Schwerkraft und der Zentrifugalkraft zum Mond. Die Frage, auf die viele Geowissenschaftler eine Antwort wissen möchten, lautet: Wie viel von diesem Meteor blieb in der Erde und wie viel davon wurde Teil des Mondes?

Einige gehen davon aus, dass ein großer Teil des Meteors relativ intakt geblieben ist und große schwebende Klumpen gebildet hat, die zwischen dem heißen Erdkern und der kühleren Kruste schweben. In einem Forschungsbericht, der am 7. Mai 2024 in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Geophysikalische ForschungsbriefeQian Yuan, Michael Gurnis, Paul D. Asimow und Yida Li vermuten, dass diese Klumpen einer der Faktoren sein könnten, die die Plattentektonik antreiben – den geologischen Prozess, der Erdbeben und Vulkane antreibt und im Allgemeinen die Existenz von Leben auf unserem Planeten ermöglicht. [Note: scientists use jargon that is unique to them. Here the abbreviation Ga refers to giga annums — blocks of time a billion years long.] Das sagen die Wissenschaftler:

Die Plattentektonik ist nach wie vor einzigartig auf der Erde, aber wann und wie sie begann, ist umstritten. Die ältesten Mineralien der Erde weisen eine Oberfläche von 4,3 Ga auf, die der modernen Erde mit ihrer Granitkruste und den Ozeanen ähnelt. Granit lässt sich am einfachsten dadurch erklären, dass er aus der Subduktion stammt. Die Mechanismen für die Auslösung der Subduktion, insbesondere so kurz nach dem Einschlag des mondbildenden Riesen, sind jedoch weiterhin unklar.

Frühere Studien deuten darauf hin, dass die Temperatur der Kern-Mantel-Grenze (CMB) durch die Ansammlung des Kerns des Impaktors während des Aufpralls erhöht wird. Unsere jüngsten Arbeiten zeigen außerdem, dass die untere Hälfte des Erdmantels nach diesem Einschlag größtenteils fest bleibt und dass Teile des Mantels des Impaktors möglicherweise als die beiden seismisch beobachteten großen Provinzen mit niedriger Schergeschwindigkeit (LLSVPs) überlebt haben.

In dieser Studie führen wir Konvektionsmodelle für den gesamten Mantel durch, um zu veranschaulichen, dass starke Mantelplumes entstehen, die Lithosphäre schwächen und schließlich etwa 200 Millionen Jahre nach dem Rieseneinschlag eine Subduktion einleiten können. Unsere systematischen Berechnungen zeigen, dass die heiße CMB-Temperatur nach dem Aufprall der Hauptfaktor ist, der bestimmt, ob es zu einer frühen Subduktionsinitiierung kommt, wobei die Anreicherung wärmeerzeugender Elemente in LLSVPs ein weiterer potenzieller Faktor ist. Unser Modell verbindet die Entstehung des Mondes mit der beginnenden Subduktion und liefert Erkenntnisse zum Verständnis der verschiedenen tektonischen Regime von Gesteinsplaneten.

Es gibt viele Fragen

Entsprechend der Washington PostDieses neueste Papier baut auf einer früheren Idee auf, die versucht, ein geologisches Rätsel zu erklären. Seit Jahrzehnten spekulieren Geologen über mysteriöse Blobs – LLSVPs – im Erdmantel, die mithilfe seismischer Bildgebung entdeckt wurden. Diese dichten, massiven Klumpen scheinen aus einem anderen Material zu bestehen als der umgebende Mantel, was Fragen darüber aufwirft, was sie sind und wie sie entstanden sind. Eine Theorie, veröffentlicht in der Zeitschrift Natur im Jahr 2023, bietet eine Erklärung, sorgt aber auch für einiges Stirnrunzeln. Es deutet darauf hin, dass nach dem Aufprall des mondbildenden Objekts auf unseren Planeten Teile davon unversehrt im Erdinneren landeten.

Das neue Papier führt diese Idee noch einen Schritt weiter. Es heißt, dass etwa 200 Millionen Jahre nach dem Einschlag diese untergetauchten Klumpen dazu beigetragen haben könnten, heiße Wolken im Inneren der Erde zu erzeugen, die die entstehende Oberfläche zerstörten, die Kruste durchbrachen und das Absinken kreisförmiger Platten ermöglichten – ein Prozess, der Subduktion genannt wird. Dieser Prozess könnte laut den Autoren erklären, warum die ältesten Mineralien der Erde Zirkonkristalle sind, die offenbar vor mehr als 4 Milliarden Jahren einer Subduktion unterzogen wurden. Darüber hinaus sagen sie, dass diese Subduktionsereignisse möglicherweise zum Aufstieg der modernen Plattentektonik beigetragen haben. „Der riesige Einschlag ist nicht nur der Grund für unseren Mond, wenn das der Fall ist, er hat auch die Anfangsbedingungen unserer Erde festgelegt“, sagte Qian Yuan, Geowissenschaftler am California Institute of Technology und einer der Autoren des Papiers

Plattentektonik und bekannte Unbekannte

Geologen, die nicht an dieser neuesten Forschung beteiligt waren, sagten: Washington Post Das Modell war faszinierend, warf jedoch eine Menge Fragen auf. Taras Gerya, Geowissenschaftler an der ETH Zürich, sagte, die Idee eines ersten Subduktionsereignisses, das durch kräftige Mantelwolken kurz nach dem mondbildenden Einschlag ausgelöst werde, sei glaubwürdig und werde durch Modelle und einige geochemische Daten gestützt. Er fügte jedoch hinzu, dass er sich nicht sicher sei, ob dies zur modernen Plattentektonik geführt hätte oder zu einem schnellen globalen Recycling der gesamten Kruste geführt hätte, ähnlich wie es auf unserem Nachbarplaneten Venus geschehen sein könnte.

Michael Brown, Geowissenschaftler an der University of Maryland, sagte, es sei unklar, wie eine kreisförmige Subduktionszone zu den globalen Plattengrenzen und dem Mosaik aus Felsplatten führen würde, die in der modernen Plattentektonik existieren. „Wir müssen bedenken, dass es nicht genügend Beweise gibt, um jemals wirklich zu wissen, wie der tektonische Modus im Archaikum aussah“, sagte Brown. „Aus philosophischer Sicht ist es also mit ziemlicher Sicherheit unbekannt und nicht erkennbar. Ich denke, dieser Punkt geht manchmal verloren.“

Mark Harrison, ein angesehener Forschungsprofessor an der University of California in Los Angeles, kürzlich hat eine Arbeit geschrieben mit dem Titel „Wir wissen nicht, wann die Plattentektonik begann.“ Er stellte die im Modell enthaltenen Annahmen in Frage und verwies auf geochemische Inkonsistenzen, die Zweifel an der Theorie des Rieseneinschlags selbst aufkommen ließen. „Wenn wir keine Plattentektonik hätten, würden Sie und ich dieses Gespräch nicht führen, weil unsere Spezies nicht entstanden wäre“, sagte Harrison. „Das Beste, was ich den Menschen sagen kann, ist, dass meine Generation … die wohl interessanteste Frage, die es in der Wissenschaft noch gibt, nämlich die Frage, wie und unter welchen Bedingungen Leben entstanden ist, nicht lösen konnte.“ Harrison hat eine Botschaft für zukünftige Wissenschaftler. „Wir haben Ihnen ein kleines, als Geschenk verpacktes Geschenk hinterlassen“, sagte er.

Das wegnehmen

Die Lektion, die man aus diesen verschiedenen Forschungsarbeiten lernen kann, hat nichts mit der Plattentektonik zu tun, sondern vielmehr damit, uns darüber zu informieren, wie wenig wir darüber wissen, was unter unseren Füßen passiert. Wir sind so allmächtig sicher, dass wir alle Antworten haben, obwohl uns wahrscheinlich 95 % der physischen Welt noch unbekannt sind. Wir haben Atom-U-Boote, die unter Wasser 80 Meilen pro Stunde oder mehr fahren können, aber dennoch schockiert sind, wenn sie auf einen unbekannten Unterwasserberg stoßen. Wir geben dem Kapitän die Schuld, fragen aber nie nach Warum Niemand wusste, dass dieser Berg da war.

Wir haben Social-Media-Helden, die behaupten, alle Antworten zu haben, aber nicht einmal wissen, was die Fragen sind. Wir haben Religionswissenschaftler, die uns sagen, dass Bücher, die vor Tausenden von Jahren geschrieben wurden, als die Menschen glaubten, die Sonne werde jeden Tag von Helios in einem goldenen Streitwagen über den Himmel gezogen, uns alles sagen, was wir über unseren Heimatplaneten wissen müssen.

Dank der Hubble- und Webb-Teleskope können wir jetzt tief in den Weltraum blicken und die unglaubliche Unermesslichkeit des Universums sehen, glauben aber immer noch, dass es nur für uns von einer Gottheit geschaffen wurde, die nichts Wichtigeres zu tun hat, als sich um alle unsere Wünsche und Bedürfnisse zu kümmern. Muslime, Juden und Christen verehren alle dieselbe Gottheit, denken aber nicht daran, einander wegen eines als gering empfundenen oder fehlgeleiteten Apostrophs abzuschlachten, was uns alle lächerlich macht.

Geheimnisvolle Klumpen im Inneren der Erde sind faszinierende Phänomene, aber die wahre Botschaft hier ist, was Shakespeare vor mehr als 600 Jahren sagte: „Herr, was sind diese Sterblichen für Narren?“ Je mehr wir wissen, desto dümmer werden wir. Unsere Überzeugungen werden unser Tod sein, und zwar früher, als wir es uns jemals vorstellen können. Das alles erinnert mich an ein kleines Liedchen, das vor vielen Jahren von Yip Harburg geschrieben wurde, dem Texter, zu dem auch der Text geschrieben wurde Irgendwo über dem Regenbogen. Es geht so:

Gott hat die Welt in sechs Tagen flach gemacht.

Am siebten sagte er: „Ich werde mich ausruhen.“

Also ließ er das Ding in die Umlaufbahn schwingen,

Um es einem Probelauf zu unterziehen.

Eine Milliarde Jahre vergingen,

Dann warf er einen Blick auf den wirbelnden Klecks.

Seine Stimmung sank, als er sagte:

“Nun ja. Es war nur ein sechstägiger Job.“