Ein Zentner Wachs für die Erdkruste

Eberhard Bodenschatz vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen benötigt für die Simulation der ozeanischen Erdkruste nicht viel mehr als einen knappen Zentner Wachs. Normalerweise beschäftigt sich der Wissenschaftler mit schnelleren Vorgängen – der Turbulenz in Gasen und Flüssigkeiten, chaotischen Zuständen in Konvektionsströmungen oder allgemein mit nichtlinearen Systemen. Sein Wachsmodell ist da eher eine Ausnahme. Immerhin macht es Bewegungen sichtbar, die in der Natur für gewöhnlich 100 Millionen Jahre und länger dauern.

Mit diesem Versuchsaufbau simulieren Eberhard Bodenschatz und Will Brunner in wenigen Stunden, wie sich der Ozeanboden über Millionen von Jahren spreizt. Eine Kamera filmt die Wachsplatten, die zu beiden Seiten auseinander gezogen werden. © MPI für Dynamik und Selbstorganisation

Der Simulator ist verblüffend einfach aufgebaut. Er besteht aus einem viereckigen Stahlkasten von der Größe eines Wäschekorbs, der mit Wachs gefüllt ist. Den Boden des Metalltanks durchziehen Heizschlangen. Die erhitzen das Wachs, das bei 72 Grad Celsius schmilzt, auf mehr als 80 Grad. Zugleich pustet ein Gebläse senkrecht von oben kühle Luft auf das heiße Wachs, sodass sich eine wenige Millimeter dünne feste Kruste bildet, die auf dem flüssigen Wachs schwimmt.

Mit zwei linealgroßen Schöpfarmen wird die Wachskruste langsam und gleichmäßig auseinander gezogen. Während die Krustenhälften auseinander gleiten, quillt durch den Spalt von unten heißes Wachs empor und erstarrt wie Magma an den von einander wegdriftenden Krustenrändern.

In der Wanne voll Wachs erforschen die Göttinger Forscher die Grundlagen der Geophysik. Sie fangen mit einer Kamera ein, wie die Wachskrusten auseinander driften, und untersuchen die Prozesse zusätzlich mit Laserlicht und Fluoreszenzexperimenten (oben). Ein Lüfter lässt mit einer kühlen Brise die Oberfläche des Wachsbades erstarren (unten). © Rohrer (nach einer Vorlage des MPI für Dynamik und Selbstorganisation)

Was Bodenschatz an seinem Versuchsaufbau beobachtet, hat verblüffende Ähnlichkeit mit dem, was sich an den Mittelozeanischen Rücken abspielt. Die Nahtstelle zwischen den Platten der Lithosphäre, die Spreizungszone, verläuft zwar gleichmäßig wie ein Band. Hin und wieder aber treten Versetzungen auf: Ganze Abschnitte des Rückens verschieben sich senkrecht zur Spreizungszone nach links oder rechts. Auch ein Stück des Spaltes, aus dem das Magma aufsteigt, rückt dabei zur Seite.

Krustenbildung im Miniaturformat

Diese Transformstörungen sind typisch für alle Mittelozeanischen Rücken. Und sie zeigen sich auch im Wachsmodell. Für Bodenschatz waren sie ein erster Hinweis darauf, dass sein Modell funktioniert. „Es ist zwar eine vereinfachende Darstellung der Realität, aber offenbar spiegelt es Phänomene wider, die ganz ähnlich in der Natur vorkommen“, sagt er. Der Vorteil: Das Wachsmodell zeigt die Krustenbildung im Miniaturformat und zugleich im extremen Zeitraffer. Eine Stunde Plattenwanderung im Simulator entspricht 140 Millionen Jahren in der Wirklichkeit, eine Strecke von einem Zentimeter entspricht 250 Kilometern.

Inzwischen hat Bodenschatz sein Wachsmodell in mehreren wissenschaftlichen Publikationen vorgestellt, obwohl es eigentlich eher als wissenschaftliches Hobby begann. Seit mehr als zehn Jahren tüftelt er zusammen mit seinen Studenten daran, wann immer ihm die übrige Forschung Zeit dafür lässt.

Alles begann im Keller der Cornell University in Ithaca im US-Bundesstaat New York, wo Bodenschatz bis zu seinem Wechsel nach Göttingen im vergangenen Jahr als Physikprofessor und Leiter der Complex Matter Physics Group arbeitete. 1994 war Bodenschatz auf eine Veröffentlichung der US-Physiker Douglas Oldenburg und James Brune gestoßen. Den Forschern war es 1972 gelungen, mit einem ähnlichen Wachsmodell Transformationsstörungen nachzuahmen.

Stand: 28.04.2006