Geologen entdecken eine mysteriöse Subduktionszone unter dem Pazifik und verändern damit das Verständnis des Erdinneren

Wissenschaftler der University of Maryland haben Beweise für einen alten Meeresboden entdeckt, der im Zeitalter der Dinosaurier tief in die Erde eingesunken ist, und stellen damit bestehende Theorien über die innere Struktur der Erde in Frage. Dieser bisher unerforschte Teil des Meeresbodens liegt im East Pacific Rise (einer tektonischen Plattengrenze auf dem Boden des südöstlichen Pazifischen Ozeans) und wirft neues Licht auf das Innenleben unseres Planeten und darauf, wie sich seine Oberfläche über Millionen von Jahren verändert hat. Die Erkenntnisse des Teams wurden veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaftliche Fortschritte am 27. September 2024.

Unter der Leitung des Geologie-Postdoktoranden Jingchuan Wang nutzte das Team innovative seismische Bildgebungstechniken, um tief in den Erdmantel zu blicken, die Schicht zwischen der Kruste und dem Kern unseres Planeten. Sie fanden ein ungewöhnlich dickes Gebiet in der Mantelübergangszone, einer Region zwischen etwa 410 und 660 Kilometern unter der Erdoberfläche. Die Zone trennt den oberen und unteren Mantel und dehnt sich je nach Temperatur aus oder zusammen. Das Team glaubt, dass der neu entdeckte Meeresboden auch die anomale Struktur der Pacific Large Low Shear Velocity Province (LLSVP) – einer massiven Region im unteren Erdmantel – erklären könnte, da die LLSVP durch die Platte gespalten zu sein scheint.

„Dieser verdickte Bereich ist wie ein versteinerter Fingerabdruck eines alten Stücks Meeresboden, der vor etwa 250 Millionen Jahren in die Erde abgetaucht ist“, sagte Wang. „Es gewährt uns einen Einblick in die Vergangenheit der Erde, den wir noch nie zuvor hatten.“

Subduktion tritt auf, wenn eine tektonische Platte unter eine andere gleitet und Oberflächenmaterial zurück in den Erdmantel führt. Der Prozess hinterlässt oft sichtbare Spuren von Bewegungen, darunter Vulkane, Erdbeben und tiefe Meeresgräben. Während Geologen die Subduktion normalerweise anhand von Gesteinsproben und Sedimenten untersuchen, die auf der Erdoberfläche gefunden wurden, arbeitete Wang mit dem Geologieprofessor Vedran Lekic und dem außerordentlichen Professor Nicholas Schmerr zusammen, um seismische Wellen zu nutzen, um den Meeresboden zu untersuchen. Durch die Untersuchung, wie sich seismische Wellen durch verschiedene Erdschichten ausbreiten, konnten die Wissenschaftler detaillierte Kartierungen der Strukturen erstellen, die sich tief im Erdmantel verbergen.

„Man kann sich seismische Bildgebung als etwas Ähnliches wie einen CT-Scan vorstellen. Sie ermöglicht uns im Grunde einen Querschnitt durch das Innere unseres Planeten“, sagte Wang. „Normalerweise werden ozeanische Materialblöcke von der Erde vollständig verbraucht und hinterlassen keine erkennbaren Spuren auf der Oberfläche. Aber die Betrachtung des alten Subduktionsblocks aus dieser Perspektive gab uns neue Einblicke in die Beziehung zwischen sehr tiefen Erdstrukturen und der Oberflächengeologie, die es nicht gab.“ vorher offensichtlich.

Was das Team herausfand, überraschte es: Material bewegte sich viel langsamer durch das Erdinnere als bisher angenommen. Wang glaubt, dass die ungewöhnliche Mächtigkeit des vom Team entdeckten Gebiets auf das Vorhandensein von kälterem Material in diesem Teil der Mantelübergangszone schließen lässt, was darauf hindeutet, dass einige ozeanische Platten auf halber Höhe stecken bleiben, wenn sie durch den Mantel sinken.

„Wir haben herausgefunden, dass das Material in dieser Region etwa mit der halben Geschwindigkeit sank, die wir erwartet hatten, was darauf hindeutet, dass die Mantelübergangszone wie eine Barriere wirken und die Bewegung des Materials durch die Erde verlangsamen kann“, erklärte Wang. „Unsere Entdeckung wirft neue Fragen darüber auf, wie die Tiefen der Erde das beeinflussen, was wir über große Entfernungen und Zeitskalen an der Oberfläche sehen.“

Für die Zukunft plant das Team, seine Forschung auf andere Gebiete des Pazifischen Ozeans und darüber hinaus auszudehnen. Wang hofft, eine umfassendere Karte der antiken Subduktions- und Auftriebszonen (der geologische Prozess, der auftritt, wenn sich subduziertes Material erwärmt und wieder an die Oberfläche steigt) sowie deren Auswirkungen auf tiefe und oberflächliche Erdstrukturen zu erstellen. Mit den im Rahmen dieser Forschung gewonnenen seismischen Daten verbessern Wang und andere Wissenschaftler ihre Modelle darüber, wie sich tektonische Platten im Laufe der Erdgeschichte bewegt haben.

„Das ist erst der Anfang“, sagte Wang. „Wir glauben, dass es im tiefen Erdinneren noch viele weitere alte Strukturen gibt, die darauf warten, entdeckt zu werden. Jede einzelne hat das Potenzial, viele neue Erkenntnisse über die komplexe Vergangenheit unseres Planeten zu offenbaren – und sogar zu einem besseren Verständnis anderer Planeten jenseits unseres Planeten zu führen.“

Der Artikel „Mesozoische intraozeanische Subduktion formte den unteren Mantel unterhalb des East Pacific Rise“ wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte am 27. September 2024.