Neuer Beweis dafür, dass sich die Plattentektonik der Erde kürzlich grundlegend verändert hat

26. Juli 2023

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von der Universität Kopenhagen

Die Erde ist wirklich einzigartig unter den Planeten unseres Sonnensystems. Es gibt riesige Wassermeere und reichlich Leben. Aber die Erde ist auch deshalb einzigartig, weil sie der einzige Planet mit Plattentektonik ist, die seine Geologie und sein Klima geprägt und möglicherweise die Entwicklung des Lebens beeinflusst hat.

Plattentektonik beschreibt die Bewegung und Interaktion tektonischer Platten auf der Erdoberfläche. Diese Bewegung wird durch die sehr langsame Kriechbewegung des Erdmantels, Konvektion genannt, angetrieben, die Wärme aus dem Inneren zur Oberfläche unseres Planeten transportiert.

Forscher gehen davon aus, dass die Konvektion im Erdmantel, die kurz nach der Entstehung der Erde vor 4,5 Milliarden Jahren begann, auf der Ebene des gesamten Erdmantels auftritt. Wenn also Platten an der Erdoberfläche kollidieren, gibt eine davon nach, sinkt in den heißen Erdmantel und landet in einer Art Plattenfriedhof auf dem metallischen Kern der Erde.

Eine neue Studie der Universität Kopenhagen, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, legt jedoch nahe, dass diese Art der Plattentektonik ein neueres Merkmal der geologischen Geschichte der Erde sein könnte.

„Unsere neuen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Konvektion im Erdmantel während des größten Teils der Erdgeschichte in zwei unterschiedliche Schichten geschichtet war, nämlich obere und untere Mantelregionen, die voneinander isoliert waren“, sagt Zhengbin Deng, ehemaliger Assistenzprofessor an der Universität Kopenhagen und Erstautor der neuen Studie.

Der Übergang zwischen dem oberen und unteren Erdmantel erfolgt etwa 660 km unter der Erdoberfläche. In dieser Tiefe durchlaufen bestimmte Mineralien einen Phasenübergang. Deng und Kollegen glauben, dass dieser Phasenübergang der Grund dafür sein könnte, dass die oberen und unteren Mantelregionen weitgehend isoliert blieben.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Wiederverwertung und Vermischung subduzierter Platten in den Erdmantel in der Vergangenheit auf den oberen Mantel beschränkt war, wo starke Konvektion herrscht. Dies unterscheidet sich unserer Meinung nach stark von der heutigen Funktionsweise der Plattentektonik, wo subduzierende Platten in den tieferen Erdmantel absinken.“ ", sagt Privatdozent Martin Schiller, der auch hinter der neuen Studie steht.

Um zu ihren Schlussfolgerungen zu gelangen, entwickelten die Wissenschaftler eine neue Methode, um hochpräzise Messungen der Isotopenzusammensetzung des Elements Titan in verschiedenen Gesteinen durchzuführen. Isotope sind Versionen desselben Elements mit leicht unterschiedlichen Massen. Die Isotopenzusammensetzung von Titan verändert sich, wenn sich auf der Erde Kruste bildet.

Dies macht Titanisotope nützlich, um zu verfolgen, wie Oberflächenmaterial wie die Kruste im Laufe der geologischen Zeit im Erdmantel recycelt wird. Mit dieser neuen Technik bestimmten sie die Zusammensetzung von Mantelgesteinen, die sich bereits vor 3,8 Milliarden Jahren bildeten, bis hin zu modernen Laven.

Wenn das Recycling und Mischen tektonischer Platten, wie in der neuen Studie postuliert, auf den oberen Mantel beschränkt wäre, bedeutet dies, dass der untere Mantel ungestörtes Urmaterial enthalten könnte. Das Konzept eines Urmantels bezieht sich auf ein Reservoir an Mantelmaterial, das seit den frühen Stadien der Erdentstehung vor etwa 4,5 Milliarden Jahren relativ unverändert und konserviert geblieben ist.

Die Idee, dass in der Tiefe der Erde ein Urreservoir existiert, ist nicht neu und basiert auf der Isotopenzusammensetzung von Edelgasen, die in Laven moderner Tiefvulkane eingeschlossen sind. Die Interpretation dieser Daten ist jedoch nicht eindeutig, und einige haben vorgeschlagen, dass dieses Isotopensignal aus dem Erdkern und nicht aus dem tiefen Erdmantel stammt. Da Titan im Erdkern nicht vorhanden ist, bietet es eine neue Perspektive auf diese langjährige Debatte.

„Unsere neuen Titanisotopendaten ermöglichen eine zuverlässige Identifizierung, welche modernen tiefsitzenden Vulkane den Urmantel der Erde beproben. Das ist spannend, weil es einen Zeitfenster in die ursprüngliche Zusammensetzung unseres Planeten liefert und es uns möglicherweise ermöglicht, die Quelle der wesentlichen flüchtigen Stoffe der Erde zu identifizieren.“ damit sich Leben entwickeln kann“, schlussfolgert Professor Martin Bizzarro, der ebenfalls hinter der Studie steht.

Mehr Informationen: Zhengbin Deng, Das sich entwickelnde geodynamische Regime der Erde, aufgezeichnet durch Titanisotope, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06304-0. www.nature.com/articles/s41586-023-06304-0

Zeitschrifteninformationen:Natur

Zur Verfügung gestellt von der Universität Kopenhagen