Der Wassergehalt des Gesteins im Erdmantel ist nicht überall gleich: Mithilfe eines dreidimensionalen Modells haben Wissenschaftler ermittelt, dass der Mantel in der Mitte des Pazifischen Ozeans besonders trocken ist. An den Rändern des Pazifiks dagegen ist er besonders wasserhaltig, da hier Krustengestein in die Tiefe gedrückt wird. Das berichten sie jetzt in „Nature“.
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Wasser spielt nicht nur auf der Erdoberfläche eine wichtige Rolle, es beeinflusst auch die Prozesse im Erdinneren. So verändert der Wassergehalt der Gesteine deren Schmelztemperatur und Viskosität im Erdmantel und steuert auch, wie schnell sich Mantelplumes – in die Erdkruste reichende Regionen besonders heißen, aufströmenden Magmas. Doch weil der Erdmantel – beginnend in einer Tiefe zwischen zehn und 60 Kilometern unter der Erdoberfläche – nicht direkt über Bohrungen erreicht werden kann, ist die Bestimmung des Wassergehalts in ihm schwierig.
Leitfähigkeit als Indiz
Bisherige Studien dazu nutzen entweder regionale oder globale Modelle, die zumindest die Wasserverteilung in jeweils zwei Dimensionen zeigen. Doch die Ergebnisse der verschiedenen Ansätze widersprechen sich. Ein Forscherteam der Oregon State Universität unter Leitung von Anna Kelbert hat nun ein neues dreidimensionales globales Modell entwickelt, das die Wasserverteilung auf Basis der elektrischen Leifähigkeit im Erdmantel ermittelt. Da die Leitfähigkeit eines Gesteins mit seinem Wassergehalt zunimmt, erlaubt sie einen Rückschluss über dessen Verteilung.
Schwankungen vor allem in der Übergangszone
Den Wissenschaftlern gelang es mit ihrem Modell, Regionen des Erdmantels zu identifizieren, in denen die Leitfähigkeit und damit auch die Hydratisierung des Gesteins am stärksten beziehungsweise am geringsten ist. Besonders große Schwankungen in der Leitfähigkeit registrierten sie dabei in einer Tiefe von 410 bis 660 Kilometern Tiefe, der Übergangszone des Oberen zum Unteren Mantel.
Pazifikränder am wasserreichsten
Das Modell ergab, dass der der Wassergehalt an den Rändern des Pazifiks besonders hoch ist. Hier, in den Subduktionszonen, wird durch die Bewegungen der tektonischen Platten ozeanische Kruste unter die kontinentale Kruste gedrückt und schmilzt auf. Dieser Prozess transportiert wasserreiches Gestein in die Tiefen des Mantels. In der Mitte des Pazifiks dagegen war die Leitfähigkeit um das Zehnfache geringer – entsprechend trocken ist das Mantelgestein hier wahrscheinlich.
(nature, 20.08.2009 – NPO)
