Was bewegt die Erde? Ein Überblick über die geophysikalischen Prozesse

Pahoehoe Fontäne, Hawai, Quelle: Wikipedia/Lava

Die Abbildung unten zeigt uns einen Schnitt durch den Mittelpunkt der Erde. Im Zentrum befindet sich der Erdkern mit einer festen und einer flüssigen Zone. Ihn umgibt der dreischichtige Erdmantel aus zähplastischem Gestein, unterer Erdmantel, die Übergangszone und oberer Erdmantel. Innerhalb des oberen Erdmantels sieht man noch einmal eine Schicht mit verringerter Viskosität, die Asthenosphäre. Sie bildet den Übergangsbereich zur ozeanischen und kontinentalen Lithosphäre.

Der Aufbau der Erde ist keineswegs statisch sondern unterliegt dynamischen Prozessen, die durch thermische Kräfte angetrieben werden. Der Wärmetransport vom heißen Erdkern zur kalten Erdkruste findet im Bereich des Erdmantels nicht nur durch Wärmeleitung und -strahlung statt, sondern zu einem großen Teil durch Konvektion. Dabei steigt im Erdmantel heißes Magma auf, kühlt sich dabei ab und sinkt an anderen Stellen wieder Richtung Erdkern ab. So entstehen Konvektionswalzen. Die Mantelkonvektion ist auch die Ursache für die Plattentektonik. An den Stellen, an denen die heißen Konvektionsströme an die Erdkruste stoßen, entstehen Dehnungszonen. Hier bilden sich Risse in der Erdkruste, man spricht hier von Grabenbrüchen oder Riftzonen.

Grabenbrüche werden aber nicht nur durch Konvektionswalzen verursacht, es kann auch andere UrsachHintergründe geben: An sogenannten Hot-Spots, sehr heiße Stellen im Erdmantel, erhitzt sich die Lithosphäre ebenfalls. Dadurch entstehen Risse in der Erdkruste und es bilden sich Gräben. Der Erdmantel unter einem Hot-Spot ist besonders heiß, weil dort Mantelmaterial aus größeren Tiefen aufsteigt – man vermutet aus dem Kern-Mantel-Grenzbereich. Diese Aufstiegszonen werden auch Manteldiapire genannt.

Das Schema zeigt die wichtigsten geodynamischen Prozesse sowie die Schichten, in die die Erde geophysikalisch geteilt wird.

Stößt eine Konvektionswalze im Bereich eines Ozeans auf die Lithosphäre, kommt es zur Ozeanbodenspreizung. Neuer Ozeanboden bildet sich durch aufsteigendes Magma, so werden die ozeanischen Platten auseinander gedrückt. An diesen Stellen bilden sich die Mittelozeanischen Rücken, hohe Gebirge vulkanischen Ursprungs unter dem Meer.

Wenn es Bereiche gibt, an denen sich neue Erdkruste bildet, muss es auch Gebiete geben an denen alte Erdkruste abtaucht, die Subduktionszonen. An diesen Stellen schiebt sich eine Lithosphärenplatte unter eine andere. Bei zwei ozeanischen Platten können Backarc-Becken entstehen: Die steil abtauchende Lithosphärenplatte wird teilweise aufgeschmolzen und steigt als heißes Magma wieder auf. Dies begünstigt die Entstehung von Vulkanismus, der wiederum eine Inselkette entstehen lässt, einen Inselbogen oder auf Englisch „arc". Hinter dem Inselbogen bildet sich in der Asthenosphäre eine lokale Konvektionszelle. Dort wo diese auf die Lithosphäre trifft, bildet sich ein Becken, eben das Backarc-Becken.

Beispiel für ein Backarc-Becken: Die Japansee mit der japanischen Hauptinsel Honshû Quelle: Wikipedia/Backarc basin

Kontinentale Erdplatten sind gezeichnet von periodischer Ver- und Enteisung während der Eiszeiten. Die letzte Eiszeit endete vor rund 11000 Jahren. Dennoch arbeiten Erdplatten immer noch an der

Wiederherstellung des Gleichgewichtszustandes zwischen Erdplatten und Asthenosphäre. Dieser Massenausgleich wird in der Geologie Isostasie genannt. Er ist dann aufgehoben, wenn Prozesse schneller zu Masseauflasten oder Abtragung von Auflasten führen, als Erdplatten und Erdmantel durch Expansion oder Kompression darauf reagieren. In diesem Fall geht es um die Reaktion der Erde auf den Wegfall der Eislasten, die Postglaziale Landhebung. Aber auch der Prozess der Gebirgsfaltung führt zu einem isostatischen Ungleichgewicht. Wie die Erde auf solche Ereignisse reagiert und die damit verbundenen Schwereanomalien hängen sowohl von der Rheologie der Kruste und des Mantels als auch von der Dicke der Erdkruste ab. Entspannt sich die Erde, so spricht man vom isostatischen Gleichgewicht.