Die Entdeckung einer mysteriösen Subduktionszone unter dem Pazifik definiert das Verständnis der Erde neu

Subduktion tritt auf, wenn sich eine tektonische Platte unter eine andere schiebt und dabei das Material von der Oberfläche in den Erdmantel recycelt. Heute gibt es Beweise für die Existenz eines alten Meeresbodens, der zur Zeit der Dinosaurier tief in die Erde eindrang.

Karte, die das Gebiet zeigt, in dem ein alter Meeresboden entdeckt wurde. Credit: Jingchuan Wang, University of Maryland.

Wissenschaftler der Universität Maryland haben Beweise für die Existenz eines alten Meeresbodens gefunden , der zur Zeit der Dinosaurier tief in die Erde eindrang und damit bestehende Theorien über die innere Struktur der Erde in Frage stellt .

Dieses bisher kaum erforschte Stück Ozeanboden liegt auf dem Ostpazifischen Rücken (einer tektonischen Plattengrenze am Boden des Südostpazifiks) und wirft ein neues Licht auf die inneren Vorgänge unseres Planeten und darauf, wie sich seine Oberfläche im Laufe von Millionen von Jahren verändert hat. Die Ergebnisse des Teams wurden am 27. September 2024 in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht .

Eine einzigartige Entdeckung im Pazifik

Unter der Leitung von Jingchuan Wang, einem Postdoctoral Researcher in Geologie, nutzte das Team innovative seismische Bildgebungsverfahren, um den Erdmantel, die Schicht zwischen der Kruste und dem Kern unseres Planeten, zu erforschen.

Sie fanden eine ungewöhnlich dicke Stelle in der Übergangszone des Mantels, einer Region zwischen etwa 410 und 660 Kilometern unter der Erdoberfläche.

Diese Zone trennt den oberen und den unteren Mantel voneinander und dehnt sich je nach Temperatur aus oder zieht sich zusammen. Das Team glaubt, dass der neu entdeckte Ozeanboden auch die abnormale Struktur der Pacific Low Velocity Shear Province (LLSVP), einer massiven Region des unteren Erdmantels, erklären könnte, da die LLSVP durch die Platte geteilt zu sein scheint.

"Diese verdickte Zone ist wie der versteinerte Abdruck eines alten Stücks Ozeanboden, das vor etwa 250 Millionen Jahren in die Erde gesunken ist", sagte Wang. "Sie gibt uns einen Einblick in die Vergangenheit der Erde, den wir vorher noch nie hatten".

Subduktion tritt auf, wenn sich eine tektonische Platte unter eine andere schiebt und dabei Material von der Oberfläche in den Erdmantel recycelt. Dieser Prozess hinterlässt oft sichtbare Spuren der Bewegung, darunter Vulkane, Erdbeben und Meeresgräben. Während Geologen die Subduktion normalerweise durch die Untersuchung von Gesteins- und Sedimentproben untersuchen, die an der Erdoberfläche gefunden werden, arbeitete Wang mit Vedran Lekic, Professor für Geologie, und Nicholas Schmerr, außerordentlicher Professor, daran, seismische Wellen zu nutzen, um den Meeresboden zu erforschen. Indem sie untersuchten, wie seismische Wellen die verschiedenen Schichten der Erde durchdringen, konnten die Wissenschaftler detaillierte Karten von verborgenen Strukturen in den Tiefen des Erdmantels erstellen.

Diagramm zur Veranschaulichung der alten subduzierten „Platte“, die das Team nun aufgelöst hat. Sie hat einen direkten Einfluss auf die großräumigen Strukturen des unteren Mantels, die als „Superplumes“ bekannt sind. Credit: Jingchuan Wang, University of Maryland.

"Man kann die seismische Bildgebung mit einem Scanner vergleichen. Tatsächlich hat sie uns einen Querschnitt durch das Innere unseres Planeten ermöglicht", sagte Wang. "Normalerweise werden ozeanische Platten aus Material vollständig von der Erde verzehrt und hinterlassen keine wahrnehmbaren Spuren auf der Oberfläche. Aber die ehemalige Subduktionsplatte aus diesem Blickwinkel zu sehen, hat uns geholfen, die Beziehung zwischen den sehr tiefen Erdstrukturen und der Oberflächengeologie besser zu verstehen, was vorher nicht klar war."

Was das Team entdeckte, überraschte sie: Material bewegte sich im Erdinneren viel langsamer, als man bisher angenommen hatte. Wang glaubt, dass die ungewöhnliche Dicke des vom Team entdeckten Bereichs darauf hindeutet, dass in diesem Teil der Mantelübergangszone kälteres Material vorhanden ist, was wiederum darauf hindeutet, dass einige ozeanische Platten auf halbem Weg stecken bleiben, wenn sie in den Mantel eindringen.

Was stellten sie fest?

"Wir haben festgestellt, dass das Material in dieser Region nur halb so schnell absinkt wie erwartet, was darauf hindeutet, dass die Übergangszone des Mantels als Barriere wirken und die Bewegung von Material durch die Erde verlangsamen kann", erklärte Wang. "Unsere Entdeckung wirft neue Fragen darüber auf, wie die tiefe Erde das beeinflusst, was wir an der Oberfläche über große Entfernungen und auf großen Zeitskalen sehen".

Für die Zukunft plant das Team, seine Forschung auf andere Gebiete des Pazifischen Ozeans und darüber hinaus auszudehnen. Wang hofft, eine umfassendere Karte früherer Subduktions- und Auftriebszonen (der geologische Prozess, bei dem sich subduziertes Material erwärmt und an die Oberfläche gelangt) sowie deren Auswirkungen auf die Oberfläche und die tieferen Strukturen der Erde zu erstellen. Mit den im Rahmen dieser Forschung gewonnenen seismischen Daten verbessern Wang und andere Wissenschaftler ihre Modelle zur Verschiebung der tektonischen Platten im Laufe der Erdgeschichte.

Quellenhinweis:

Jingchuan Wang et al, Mesozoic intraoceanic subduction shaped the lower mantle beneath the East Pacific Rise, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado1219