Nov28

Wie ist es möglich, dass sich Teile der Unterkruste zu senken scheinen, obwohl das Colorado Plateau steigt?
Die Erklärung des scheinbar Unerklärlichen beruht – wie neuere Forschungsergebnisse nahelegen – auf dem Verhalten der Asthenosphäre, welche in der Geophysik als “Low Velocity Zone” bezeichnet wird.

Innerer Aufbau der Erde  Schichten unterschieden nach ihrer chemischen Zusammensetzung: 1 Erdkruste, 2 Erdmantel, 3 Erdkern (3a äusserer Erdkern, 3b innerer Erdkern). Schichten unterschieden nach ihren mechanischen Eigenschaften: 4 Lithosphäre, 5 Asthenosphäre 6 äusserer Erdkern, 7 innerer Erdkern © derivative work; gemeinfrei

Innerer Aufbau der Erde: Schichten unterschieden nach ihrer chemischen Zusammensetzung: 1 Erdkruste, 2 Erdmantel, 3 Erdkern (3a äusserer Erdkern, 3b innerer Erdkern). Schichten unterschieden nach ihren mechanischen Eigenschaften: 4 Lithosphäre, 5 Asthenosphäre 6 äusserer Erdkern, 7 innerer Erdkern © derivative work; gemeinfrei

Die seismische Erdbebenwarte “USArray”

Für die Forschungsergebnisse wurden Daten eines gross angelegten, 10-jährigen, seismischen Projekts namens “USArray” genutzt. Hunderte von Seismographen, die jeweils im Abstand von 72 Kilometern aufgestellt wurden, durchzogen in nord-süd ausgerichteten Bahnen die USA. Begonnen hat es 2004 im Westen des Landes, danach wurden alle 1,5 Jahre die Stationen nach Osten verschoben → USArray: Maps & Schedules.

Die ultraschall-ähnlichen Bilder wurden dann mit weiteren seismologischen Bildern kombiniert. Man durchdringt so die Erdschichten bis in mehrere hundert Kilometer Tiefe. Mit diesen Daten hat man dann zeigen können, dass Asthenosphärenmaterial in die Lithosphäre aufsteigt und Lithosphärenmaterial unter dem Colorado Plateaus, direkt nördlich des Grand Canyons mehrere Hundert Kilometer langsam in die Asthenosphäre sinkt.

Hebung des Colorado-Plateaus Schematische Darstellung zeigt den Mechanismus, der für die Hebung des Plateaus verantwortlich sein soll. Es wird angenommen, dass durch den Kontakt mit der Farallon-Platte sich der lithosphärische Mantel in der Region veränderte, so dass er sich von der oberen Kruste löste und in den Mantel absank. Dadurch hob sich das Plateau um etwa d3 km; © Grafikausschnitt: nature

Hebung des Colorado-Plateaus: Schematische Darstellung zeigt den Mechanismus, der für die Hebung des Plateaus verantwortlich sein soll. Es wird angenommen, dass durch den Kontakt mit der Farallon-Platte sich der lithosphärische Mantel in der Region veränderte, so dass er sich von der oberen Kruste löste und in den Mantel absank. Dadurch hob sich das Plateau um etwa d3 km; © Grafikausschnitt: nature

Den geologischen Prozess stellt man sich wie in der unteren Grafik abgebildet vor: Im oberen Mantel, zwischen 95 und 300 Kilometern, ist die Asthenoshpäre normalerweise weniger dicht und wesentlich weniger zähflüssig als die darüber liegenden tektonischen Platten der Lithosphäre. Aus diesem Sachverhalt bewegen sich die Platten über die dehnbare Asthenosphäre.

Wenn die Asthenosphäre aber einen Weg findet, kann sie in die Lithosphäre eindringen und sie erodieren. Das teilweise geschmolzene Material dehnt sich dann aus und kühlt ab, während es nach oben fliesst. Es dringt in die stärkere Lithosphäre ein, wo es sich verfestigt und die spröde Kruste und den obersten Mantel schwer genug macht, um zu brechen und abzusinken. Die schwimmende Asthenosphäre füllt dann den entstandenen Raum auf, wo sie sich ausdehnt und eine Hebung bewirkt.

Levander Lab/Rice University: Unter dem Colorado Plateau dringt die Lithosphäre (blau) tief in die Asthenosphäre ein und die teilweise geschmolzene Asthenosphäre (gelb) dringt in die Erdkruste auf © nature

Levander Lab/Rice University: Unter dem Colorado Plateau dringt die Lithosphäre (blau) tief in die Asthenosphäre ein und die teilweise geschmolzene Asthenosphäre (gelb) steigt in die Erdkruste auf © Levander Lab/Rice University

Dieser Prozess könnte geholfen haben, den Grand Canyon selbst zu bilden, weil die Anhebung des Plateaus in den letzten 5 Millionen Jahren den Lauf des Colorado Flusses bestimmte. → Grand Canyon how it was made

Ein verbreitetes Phänomen

Auch an anderen Stellen ist zu sehen, wie die Lithosphäre in die Erde sinkt, so zum Beispiel im Westen der Vereinigten Staaten. Von den Forschern wird dies als ein Indiz dafür angesehen, dass das Phänomen verbreitet zu sein scheint.

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