Ein Forschungsteam der Universität Lissabon (Portugal) und der Johannes Gutenberg-Universität (Deutschland) hat zum ersten Mal ein fortgeschrittenes numerisches Modell eines der Hauptprozesse hinter der Bewegung der tektonischen Platten der Erde entwickelt.
Die tektonischen Platten, die die Erdoberfläche bilden, sind wie Puzzleteile, die sich in ständiger, sehr langsamer Bewegung befinden – im Durchschnitt bewegen sie sich nur bis zu etwa 10 Zentimeter pro Jahr. Aber diese Puzzleteile passen nicht ganz zusammen: Es gibt Zonen auf einer Platte, die schließlich unter eine andere eintauchen – die sogenannten Subduktionszonen, die für die Dynamik des Planeten von zentraler Bedeutung sind. Diese Bewegung ist langsam, kann aber zu Momenten großer Energiefreisetzung führen, und im Laufe von Jahrtausenden werden in diesen Regionen große Gebirgszüge oder Meeresgräben gebildet.
Wie entstehen diese Subduktionszonen und wie entwickeln sie sich im Laufe der Zeit? Geologen wussten bereits, dass dieser Prozess in diesen Zonen auf einer Zeitskala von Tausenden von Jahren stagnieren und sich umkehren kann, wodurch neue Subduktionszonen entstehen. Dennoch war es notwendig zu wissen, wie dies geschieht, und die verschiedenen (und enormen) Kräfte, die an diesem Prozess beteiligt sind, in die Modelle einzubeziehen. Erstmals war es möglich, einen der häufigsten Entstehungsprozesse neuer Subduktionszonen dreidimensional zu simulieren und dabei sicherzustellen, dass alle Kräfte, einschließlich der Erdanziehungskraft, dynamisch und realistisch modelliert werden.
„Subduktionszonen sind eines der Hauptmerkmale unseres Planeten und der Haupttreiber der Plattentektonik und der globalen Dynamik des Planeten. Subduktionszonen sind auch die Orte, an denen Erdbeben großen Ausmaßes auftreten, wie im Fall des pazifischen Feuerrings , das größte System von Subduktionszonen der Welt. Aus diesem Grund ist es äußerst wichtig zu verstehen, wie neue Subduktionszonen beginnen und wie dieser Prozess abläuft“, erklärt Jaime Almeida, Erstautor dieser Studie, Forscher am Instituto Dom Luiz, an der Fakultät für Naturwissenschaften der Universität Lissabon (Ciências ULisboa).
Jede der Simulationen, die zu diesen Ergebnissen führten, dauerte bis zu einer Woche, um auf einem Supercomputer an der Johannes Gutenberg-Universität (Deutschland) verarbeitet zu werden. Aber es hätte Wochen oder sogar Monate dauern können, um auf diesem Supercomputer zu laufen – wäre da nicht der kürzlich an dieser Universität entwickelte Rechencode gewesen, der erheblich effizienter als andere verfügbare Codes ist.
„Es wurde bereits theoretisch vorgeschlagen, dass sich eher neue Subduktionszonen aus bereits bestehenden bilden, aber Modelle dieser Art wurden nie durchgeführt. In gewisser Weise scheint es einfacher und wahrscheinlicher zu sein als erwartet“, erklärt João Duarte, Forscher am Instituto Dom Luiz und Mitautor dieser Studie, die jetzt in der veröffentlicht wurde Kommunikation Erde und Umwelt Tagebuch.
Dieses Modell eröffnet neue Perspektiven und stellt den Ausgangspunkt dar, um bestimmte Regionen unseres Planeten zu untersuchen: „Wir wenden diese Modelle jetzt auf konkrete Fälle an, etwa die Subduktionszonen, die im Atlantik beginnen, in der Karibik, der Scotia-Bogen, neben der Antarktis und am südwestportugiesischen Rand, und die zum Schließen des Atlantischen Ozeans führen könnten.Das Erdbeben von 1755 in Lissabon könnte der Vorbote des Beginns der Subduktion an unserem Rand gewesen sein, und es gibt Meeresgeologie Daten, die dies unterstützen“, schließt João Duarte.
Jaime Almeida et al, Selbstreplizierende Subduktionszoneninitiierung durch Polaritätsumkehr, Kommunikation Erde & Umwelt (2022). DOI: 10.1038/s43247-022-00380-2
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