Die Erde ist wie eine Zwiebel geschichtet, mit einer dünnen äußeren Kruste, einem dicken viskosen Mantel, einem flüssigen äußeren Kern und einem festen inneren Kern. Innerhalb des Mantels gibt es zwei massive blobartige Strukturen, ungefähr auf gegenüberliegenden Seiten des Planeten. Die Blobs, die formeller als Large Low-Shear-Velocity Provinces (LLSVPs) bezeichnet werden, sind jeweils so groß wie ein Kontinent und 100-mal höher als der Mt. Everest. Einer liegt unter dem afrikanischen Kontinent, während der andere unter dem Pazifischen Ozean liegt.
Mithilfe von Instrumenten, die seismische Wellen messen, wissen Wissenschaftler, dass diese beiden Blobs komplizierte Formen und Strukturen haben, aber trotz ihrer herausragenden Merkmale ist wenig darüber bekannt, warum die Blobs existieren oder was zu ihren seltsamen Formen geführt hat.
Die Wissenschaftler der Arizona State University, Qian Yuan und Mingming Li von der School of Earth and Space Exploration, wollten mithilfe geodynamischer Modelle und Analysen veröffentlichter seismischer Studien mehr über diese beiden Blobs erfahren. Durch ihre Forschung konnten sie die maximale Höhe bestimmen, die die Blobs erreichen, und wie das Volumen und die Dichte der Blobs sowie die umgebende Viskosität im Mantel ihre Höhe steuern könnten. Ihre Forschungsergebnisse wurden kürzlich in veröffentlicht Natur Geowissenschaften.
Die Ergebnisse ihrer seismischen Analyse führten zu einer überraschenden Entdeckung, dass der Blob unter dem afrikanischen Kontinent etwa 621 Meilen (1.000 km) höher ist als der Blob unter dem Pazifischen Ozean. Laut Yuan und Li ist die beste Erklärung für den großen Höhenunterschied zwischen den beiden, dass der Blob unter dem afrikanischen Kontinent weniger dicht (und daher weniger stabil) ist als der unter dem Pazifischen Ozean.
Um ihre Forschungen durchzuführen, entwarfen Yuan und Li Hunderte von Simulationen von Mantelkonvektionsmodellen und führten sie durch. Sie testeten ausführlich die Auswirkungen von Schlüsselfaktoren, die die Höhe der Blobs beeinflussen können, einschließlich des Volumens der Blobs und der Dichte- und Viskositätskontraste der Blobs im Vergleich zu ihrer Umgebung. Sie fanden heraus, dass zur Erklärung der großen Höhenunterschiede zwischen den beiden Blobs der unter dem afrikanischen Kontinent eine geringere Dichte aufweisen muss als der Blob unter dem Pazifischen Ozean, was darauf hindeutet, dass die beiden möglicherweise eine unterschiedliche Zusammensetzung und Entwicklung haben.
„Unsere Berechnungen ergaben, dass das anfängliche Volumen der Blobs ihre Höhe nicht beeinflusst“, sagte Hauptautor Yuan. „Die Höhe der Blobs wird hauptsächlich durch ihre Dichte und die Viskosität des umgebenden Mantels bestimmt.“
„Der LLVP in Afrika ist in der jüngsten geologischen Zeit möglicherweise gestiegen“, fügte Co-Autor Li hinzu. „Dies könnte die ansteigende Oberflächentopographie und den intensiven Vulkanismus in Ostafrika erklären.“
Diese Ergebnisse können die Art und Weise, wie Wissenschaftler über die Prozesse im tiefen Mantel und ihre Auswirkungen auf die Erdoberfläche denken, grundlegend verändern. Die instabile Natur des Blobs unter dem afrikanischen Kontinent kann beispielsweise mit kontinentalen Veränderungen der Topographie, der Schwerkraft, des Oberflächenvulkanismus und der Plattenbewegung zusammenhängen.
„Unsere Kombination aus der Analyse der seismischen Ergebnisse und der geodynamischen Modellierung liefert neue Erkenntnisse über die Natur der größten Strukturen der Erde im tiefen Inneren und ihre Wechselwirkung mit dem umgebenden Mantel“, sagte Yuan. „Diese Arbeit hat weitreichende Auswirkungen auf Wissenschaftler, die versuchen, den heutigen Status und die Entwicklung der tiefen Mantelstruktur und die Natur der Mantelkonvektion zu verstehen.“
Qian Yuan et al, Instabilität der großen afrikanischen Provinz mit niedriger Scherwellengeschwindigkeit aufgrund ihrer geringen Eigendichte, Natur Geowissenschaften (2022). DOI: 10.1038/s41561-022-00908-3