Recycling im tiefen Erdinnern läuft schneller als gedacht

Abgesunkene Ozeankruste tritt in Vulkanen bereits nach 500 Millionen Jahren wieder an die Oberfläche

10. August 2011

Das Geo-Recycling läuft in Vulkanen viel schneller ab, als Wissenschaftler bislang annahmen. Gestein des Erdmantels, das wegen der Bewegung der Erdplatten ins Erdinnere absinkt, gelangt über Vulkane bereits nach rund 500 Millionen Jahren wieder an die Erdoberfläche. Das haben  Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz anhand vulkanischer Gesteinsproben festgestellt. Zuvor gingen Geowissenschaftler davon aus, dass dieser Prozess zwei Milliarden Jahre dauert.

Olivinkristall des Mauna Loa-Vulkans mit einer Breite von knapp einem Millimeter. Die braunen Ovale sind glasig erstarrte Einschlüsse, die als geschmolzene Tropfen in den entstehenden Olivinkristall gelangten. Bei den schwarzen Punkten handelt es sich um Gasblasen. In den glasigen Einschlüssen findet man Strontiumisotopenverhältnisse, wie sie im Meerwasser vor 500 Millionen Jahren vorkamen.

So gut wie alle Inseln in den Ozeanen sind Vulkane. Mehrere von ihnen, wie zum Beispiel Hawaii, sind aus dem untersten Teil  des Erdmantels entstanden. Dieser geologische Prozess ähnelt der Bewegung farbiger Flüssigkeiten in einer Lavalampe: Heißes Gestein steigt in zylindrischen Säulen, den so genannten Mantel-Plumes, aus fast 3000 Kilometer Tiefe auf. In der Nähe der Oberfläche schmilzt es, weil der Druck nachlässt, und bricht in Vulkanen aus dem Erdinnern hervor. Die Plumes wiederum stammen ursprünglich von der ehemaligen Ozeankruste, die in der Frühzeit der Erde bis zum Boden des Erdmantels abgesunken ist. In den Plumes kommt dieses Gestein wieder an die Erdoberfläche. Bisher nahmen Forscher an, dass dieses Recycling etwa zwei Milliarden Jahre dauert.

Die chemische Analyse von winzigen, glasigen Einschlüssen im Olivinbasalt des Mauna Loa Vulkans auf Hawaii  lieferte jetzt aber die geologische Überraschung: Der gesamte Recyclingvorgang benötigt maximal eine halbe Milliarde Jahre und läuft somit viermal schneller als bisher angenommen ab.

In den mikroskopisch kleinen Einschlüssen des Gesteins finden sich Spurenelemente, die ursprünglich im Meerwasser gelöst waren und die Datierung des Recycling-Prozesses erlauben. Bevor die alte Ozeankruste in den Mantel absinkt, saugt sie sich nämlich mit Meerwasser voll, das die aufschlussreichen Spurenelemente in dem Gestein hinterlässt.

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