Und sie bewegt sich doch – aber nicht immer

Die Bewegung der Erdkruste – das Verschieben der tektonischen Platten gegeneinander – galt lange Zeit als kontinuierlicher Prozess. Doch jetzt haben Geophysiker herausgefunden, dass die Plattentektonik im Laufe der Erdgeschichte mehrfach still stand – und dass dies auch wieder passieren könnte, wie sie in „Science“ berichten.

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Die meisten großen geologischen Prozesse der Erde – die Bildung der Kontinente, die Entstehung von Vulkaninseln, das Öffnen und sich Schließen von Meeresarmen und nicht zuletzt die Erdbeben – werden angetrieben durch die Bewegungen der Erdplatten. Denn die Erdkruste ist keine starre, geschlossene Schale, sondern besteht aus einzelnen, gegeneinander verschiebbaren tektonischen Platten. An so genannten Subduktionszonen, den Grenzen zwischen einer ozeanischen und einer kontinentalen Platte sinkt Erdkruste in die Tiefe und wird wieder aufgeschmolzen, an den mittelozeanischen Rücken quillt Gesteinsmaterial aus der Tiefe empor und neuer Meeresboden entsteht.

Im Gegensatz zum Atlantik, der immer größer wird, schrumpft der Pazifische Ozean durch solche Prozesse langsam. Denn die meisten Subduktionszonen liegen heute an den Rändern des Pazifik. Wissenschaftler schätzen, dass in rund 350 Millionen Jahren das gesamte Meer verschwunden sein wird, ein neuer Superkontinent wird stattdessen entstehen. Der Subduktion fehlt dann allerdings quasi der „Nachschub“ – die ozeanische Kruste, die normalerweise an diesen Zonen eingeschmolzen wird.

Wärmeverlust der Erde passt nicht zur kontinuierlichen Bewegung

Paul Silver von der Carnegie Institution of Washington und Mark Behn von der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) haben nun untersucht, ob die Subduktion und der gesamte Prozess der Plattentektonik tatsächlich immer, also auch in Zeiten von großen Superkontinenten, in Bewegung war. Die Forscher begannen mit der Überlegung, wie viel Hitze und Energie die Erde im Laufe der Zeit durch plattentektonische Prozesse aus ihrem Inneren nach außen transportiert haben muss.

Rechnet man ausgehend von der heutigen Rate dieser Wärmeabgabe zurück, hätte das Erdinnere schon vor rund einer Milliarde Jahren so unmöglich hohe Werte an Energie und Hitze enthalten müssen, dass die gesamte Erde in einen glühenden Magmasee gehüllt gewesen wäre. Da das eindeutig nicht der Fall war, das belegen geologische Spuren aus dieser Zeit, muss sich an der Rate der Wärmeabgabe einiges geändert haben.

„Wenn man eine Tasse Kaffee umrührt, kühlt sie sich stärker ab“, so Behn. „Und genau das ähnelt auch den Prozessen in der Erde: Wenn sich die tektonischen Platten bewegen, gibt die Erde mehr Hitze ab und kühlt sich schneller ab. Wenn es diese durch Risse getrennten und sich bewegenden Platten nicht gibt, kann die Wärme nur durch Diffusion durch das feste Gestein entweichen und das geht sehr viel langsamer.“

Stopp-Phase vor einer Milliarde Jahren

Auf der Basis dieser Überlegungen und der großen Menge von existierenden plattentektonischen Beobachtungen entwickelten die Forscher ein neues theoretisches Modell der Krustenbewegungen in der Erdgeschichte. Und tatsächlich stießen sie in ihrem Modell auf eine Ära, in der die Subduktion offenbar so gut wie komplett zum Erliegen kam: vor rund einer Milliarde Jahren, als der Superkontinent Rodinia existierte.

„Die Wissenschaftlergemeinde hat immer angenommen, dass die Plattentektonik ein aktiver und kontinuierlicher Prozess ist, bei dem ständig neue Kruste entsteht, während alte recycelt wird”, erklärt Behn. „Aber die Belege deuten darauf hin, dass die Plattentektonik möglicherweise gar nicht kontinuierlich ist. Platten können sich einige Zeit lang aktiv bewegen, dann aber stoppen oder langsamer werden um dann wieder von Neuem zu beginnen.“

Eine solche Periode des Stillstands könnte auch erklären, warum die Erde heute noch so viel Hitze enthält. Die Stopps in der Bewegung der Kruste verlangsamten den Abkühlungsprozess. Nach Ansicht von Behn und Silver könnte es eine Art Zyklus in der Plattentektonik geben, bei dem sich Phasen der aktiven Verschiebung und Bewegung der Kruste mit Zeiten der Ruhe abwechseln.

(Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), 10.01.2008 – NPO)