Ein Team internationaler Wissenschaftler unter der Leitung der Georg-August-Universität Göttingen hat neue Erkenntnisse über die thermischen Bedingungen in Subduktionszonen gewonnen. Bei Subduktion handelt es sich um einen geologischen Prozess, bei dem eine tektonische Platte unter eine andere abtaucht. In diesen Zonen steigen Druck und Temperatur mit zunehmender Tiefe, was bislang gut dokumentiert war. Doch die neuen Studienergebnisse werfen ein neues Licht auf das, was im Inneren der Erde tatsächlich geschieht.
Die Forscher untersuchten ein Gestein namens Eklogit, das in Papua-Neuguinea vorkommt. Dieses Gestein bildet sich unter extremen Druckverhältnissen und ist von rot-grüner Farbe. Bei ihren Analysen entdeckten die Wissenschaftler winzige Einschlüsse des Minerals Coesit, das auf noch höhere Druckbedingungen hinweist. Diese Funde legen nahe, dass das untersuchte Gestein vor etwa vier Millionen Jahren in eine Tiefe von mindestens 90 Kilometern in die Erdkruste abgesunken ist. Dabei war es Temperaturen von rund 800 Grad Celsius ausgesetzt.
Besonders überraschend war jedoch die Entdeckung, dass die Temperatur in der halben Versenkungstiefe – also bei etwa 45 Kilometern – lediglich etwa 100 Grad Celsius unter der Temperatur bei vollständiger Subduktion lag. Dies bedeutet, dass das Gestein in geringer Tiefe deutlich wärmer war, als zuvor angenommen. Wissenschaftler sprechen hier von einer sogenannten „heißen Subduktionsphase“ bei 45 Kilometern Tiefe, während es in größeren Tiefen, wie bei 90 Kilometern, zu einer „kalten Subduktion“ kommt. In dieser Phase steigt die Temperatur nur geringfügig, während der Druck erheblich zunimmt.
Die Forscher vermuten, dass die Wärme, die beim Aneinanderschieben der tektonischen Platten entsteht, Gesteine in geringeren Tiefen stärker erhitzt als zuvor gedacht. Eine weitere Möglichkeit könnte sein, dass die Subduktionszone noch nicht genug Zeit hatte, um sich auf die erwarteten niedrigeren Temperaturen einzustellen. Zudem könnte eine Kombination beider Faktoren zu den beobachteten Temperaturunterschieden führen.
Dr. Jan Schönig, ein Mitglied des Forschungsteams, äußerte sich zu den Ergebnissen und betonte, dass die festgestellten Veränderungen von heißer zu kalter Subduktion überraschend sind und die derzeitigen thermischen Modelle von Subduktionszonen in Frage stellen. Die Forschungsergebnisse sind signifikant, da sie als erste dokumentierte Beweise für einen Übergang von einer geringen zu einer großen Tiefe sind, der von einem Wechsel der Temperatur- und Druckverhältnisse begleitet wird.
Das Verständnis dieser Subduktionsprozesse ist nicht nur für die Geowissenschaften von Bedeutung. Es könnte auch weitreichende Auswirkungen auf die Analyse von Erdbeben, vulkanischer Aktivität und wichtigen geochemischen Kreisläufen, wie dem langfristigen Kohlenstoffkreislauf, haben. Dies ist besonders relevant, wenn es darum geht, die Entwicklung von Subduktionen über Milliarden von Jahren zu verstehen und nachzuvollziehen, wie diese Prozesse bis heute ablaufen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die aktuellen Forschungsergebnisse das Bild der dynamischen Vorgänge im Erdinneren erheblich erweitern. Die Wissenschaftler hoffen, dass ein vertieftes Verständnis dieser Vorgänge nicht nur zu einem besseren Wissen über geologische Abläufe führt, sondern auch dazu, mögliche Risiken, die mit Erdbeben und Vulkanausbrüchen verbunden sind, besser einschätzen zu können. Die Erkenntnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ veröffentlicht und bieten einen neuen Blick auf die komplexen thermischen Strukturen der Erde.
Für weitere Informationen können Interessierte Dr. Jan Schönig an der Georg-August-Universität Göttingen kontaktieren oder die Veröffentlichung in der Fachzeitschrift einsehen.
