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Chemikalien, die von der frühen Erde übrig geblieben sind, könnten sich in der Nähe ihres Kerns befinden

Schichten der frühesten auf der Erde gebildeten Chemikalien können sich in den untersten Teilen des Erdmantels ansammeln.

Die frühesten auf der Erde gebildeten Chemikalien könnten bis in die untersten Bereiche des Erdmantels gewandert sein und eine Zone mit ultralanger Geschwindigkeit um den Erdkern herum geschaffen haben.

Offensichtlich wird keiner von uns dort untergehen und von dieser Zone betroffen sein, aber seismische Wellen sind es laut Forschern der University of Utah. In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurdeNaturgeowissenschaften, die Forscher beschreiben eine überraschend geschichtete Region um den Erdkern, die seismische Wellen verlangsamt.

"Von allen Merkmalen, die wir im tiefen Mantel kennen, stellen die Zonen mit ultraniedriger Geschwindigkeit die wahrscheinlich extremsten dar", sagte Michael S. Thorne, außerordentlicher Professor am Department of Geology and Geophysics der University of Utah.in einer Aussage. "Tatsächlich sind dies einige der extremsten Merkmale, die man auf der ganzen Welt finden kann."

Zwischen der dünnen äußeren Kruste und dem Eisen-Nickel-Kern liegt der unglaublich heiße, aber feste Mantel der Erde. Dieser Mantel kann sich im Laufe der Zeit bewegen und ist die treibende Kraft hinter der Plattentektonik des Planeten. Es ist auch unmöglich zu sehen, also woher wissen wir, was istdort?

Dafür verwenden die Forscher seismische Wellen, die von Erdbeben erzeugt werden, um zu messen, wann und wo diese Wellen an verschiedenen Überwachungsstationen auf der ganzen Welt erkannt werden.

Da sich die physikalischen Wellen eines Erdbebens mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch verschiedene Materialien ausbreiten und auch durch bestimmte Materialien verzerrt werden können, sagt uns wann und wie wir diese Wellen erkennen, über das Material, das sie im Inneren des Planeten durchdringen.

Unter Verwendung dieser Wellen haben Forscher herausgefunden, dass es entlang des untersten Teils des Mantels eine Region gibt, in der sich diese seismischen Wellen um bis zu 50 % verlangsamen und deren Dichte dreimal höher ist als die des umgebenden Mantels.

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Ursprünglich dachten die Forscher, dass der Mantel in dieser Region teilweise geschmolzen sein könnte – schließlich liegt er direkt am flüssigen äußeren Kern – und dass dort das Magma sein könnte, das tektonische "Hot Spots" erzeugt, die für die Entstehung der Hawaii-Inseln verantwortlich sindund Island, aber das scheint nicht der Fall zu sein.

"Aber die meisten Dinge, die wir als Zonen mit ultraniedriger Geschwindigkeit bezeichnen, scheinen sich nicht unter Hot-Spot-Vulkanen zu befinden", sagte Thorne, "das kann also nicht die ganze Geschichte sein."

Die Alternativhypothese, dass die ultralangsamen Geschwindigkeitszonen eine andere Zusammensetzung haben als der Rest des Mantels, ist angesichts der Daten sinnvoller.

"Die physikalischen Eigenschaften von Zonen mit ultraniedriger Geschwindigkeit sind mit ihrem Ursprung verbunden", sagte Postdoktorandin Surya Pachhai, "was wiederum wichtige Informationen über den thermischen und chemischen Zustand, die Entwicklung und Dynamik des untersten Erdmantels liefert – ein wesentlicher Bestandteil der Mantelkonvektion, die die Plattentektonik antreibt."

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Ein großer Teil dieses Ursprungs könnte die hypothetische Kollision zwischen der Erde und einem marsgroßen Protoplaneten namens Theia vor etwa 4,5 Milliarden Jahren sein. Die Kollision, von der angenommen wird, dass sie einen Teil des Erdmantels herausgeschnitten und den Mond gebildet hat, hätte unglaubliche Hitze erzeugt und einen riesigen Ozean aus Magma über der Erdoberfläche geschaffen.

In diesem Magma-Ozean wären alle möglichen Mineralien enthalten gewesen, und die Konvektionskräfte hätten viele davon in den Erdmantel getragen, wo sie sich im Laufe der Zeit am Boden niedergelassen hätten. Über 4 Milliarden Jahre Konvektionsprozesse, diese gleichmäßige Materialschicht wäre in kleinere, geschichtete Patches geschoben worden, was die in den seismischen Daten aufgedeckten Niedriggeschwindigkeitsregionen erzeugt hätte.

"Das wichtigste und überraschendste Ergebnis ist also, dass die Zonen mit ultraniedriger Geschwindigkeit nicht homogen sind, sondern starke Heterogenitäten strukturelle und kompositorische Variationen enthalten", sagte Pachhai.

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"Dieser Befund ändert unsere Sicht auf den Ursprung und die Dynamik von Zonen mit ultraniedriger Geschwindigkeit. Wir fanden heraus, dass diese Art von Zonen mit ultraniedriger Geschwindigkeit durch chemische Heterogenitäten erklärt werden kann, die zu Beginn der Erdgeschichte entstanden sind und dass sie es sindnach 4,5 Milliarden Jahren Mantelkonvektion immer noch nicht gut durchmischt."

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