Die Plattentektonik ist ein entscheidender Prozess, der die Dynamik der Erdoberfläche steuert. Ein wichtiges Mineral, das in diesem Zusammenhang eine zentrale Rolle spielt, ist Olivin. Forscher der Universität Potsdam und des Helmholtz-Zentrums für Geoforschung (GFZ) haben herausgefunden, dass die Wärmeleitfähigkeit von Olivin dafür sorgt, dass ozeanische Platten, die älter als 60 Millionen Jahre sind und mit mehr als zehn Zentimetern pro Jahr ins Erdinnere abtauchen, ausreichend kalt bleiben, um Wasser in die tiefen Schichten des Erdmantels zu transportieren. Diese Erkenntnis wurde in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.
Die Lithosphäre, die äußere Schicht der Erde, ist in mehrere starre Platten unterteilt, die auf dem relativ weichen und heißen Erdmantel schwimmen. Wenn eine schwerere ozeanische Platte auf eine leichtere kontinentale Platte trifft, kommt es zur Subduktion, bei der die ozeanische Platte in den Mantel abtaucht. Diese ozeanische Lithosphäre ist durch ihre dichte Mineralzusammensetzung, vor allem durch den hohen Anteil an Olivin, schwerer als die kontinentale Lithosphäre. Olivin macht etwa 80 Prozent der ozeanischen Platten aus und ist auch das dominierende Mineral im oberen Erdmantel, der sich in Tiefen von 40 bis 410 Kilometern erstreckt.
Während des Abtauchens wird die kalte ozeanische Platte von dem heißeren umgebenden Mantel erwärmt. Dieser Prozess der Wärmeübertragung erfolgt sowohl durch Wärmeleitung als auch durch Wärmestrahlung. Ein tieferes Verständnis dieser Prozesse ist von großer Bedeutung, um Phänomene wie tiefe Erdbeben und die Existenz von Wasser in großen Tiefen, bis zu 600 Kilometer unter der Erdoberfläche, zu erklären.
Enrico Marzotto, ein Geodynamiker aus Potsdam, erklärt: „Wir konnten zum ersten Mal die optische Wärmeleitfähigkeit von Olivin unter den extremen Bedingungen des Erdinneren messen.“ Die Ergebnisse zeigen, dass Olivin selbst unter enormem Druck und hoher Temperatur durchlässig für Infrarotstrahlung ist. Diese Form der Wärmeübertragung macht schätzungsweise 40 Prozent der im oberen Erdmantel vorhandenen Wärme aus. Daher spielt die Strahlungswärmeleitfähigkeit eine entscheidende Rolle bei der Erwärmung der subduzierten Platten, was wiederum die Dichte und Steifigkeit dieser Platten beeinflusst und den Wassertransport in tiefere Erdschichten begünstigt.
Durch den Einsatz zweidimensionaler Modelle zur thermischen Entwicklung der Platten konnten die Forscher zeigen, dass die schnelle Erwärmung, die durch den Wärmetransport verursacht wird, den Abbau wasserhaltiger Minerale in geringeren Tiefen begünstigt. Dies könnte als Erklärung für die Entstehung von Erdbeben in Tiefen unterhalb von 70 Kilometern dienen. Die Studie legt nahe, dass nur ozeanische Platten, die über 60 Millionen Jahre alt sind und schneller als zehn Zentimeter pro Jahr abtauchen, kalt genug bleiben, um wasserhaltige Minerale bis hin zur Mantelübergangszone in Tiefen von 410 bis 660 Kilometern zu transportieren. Diese Zone könnte das größte Wasserreservoir der Erde beherbergen, das potenziell bis zu dreimal mehr Wasser als die Ozeane umfasst.
Zusammenfassend liefert diese Untersuchung wichtige numerische Werkzeuge zur Berechnung der Lebensdauer thermischer Anomalien sowie ihres geodynamischen Verhaltens im Mantel. Solche Anomalien können sowohl heiße, aufsteigende Ströme aus dem tiefen Erdmantel als auch kalte, abtauchende Platten sein. Diese Erkenntnisse eröffnen neue Perspektiven für das Verständnis der geologischen Prozesse, die die Erde formen, und unterstreichen die bedeutende Rolle des Minerals Olivin in der Plattentektonik.
