Geologie

Das neue Bild der Erde bekommt Tiefgang. Die Kruste unseres Planeten, das gehört seit anderthalb Jahrzehnten zum fundamentalen Wissen der Geologen, besteht aus mehreren großen und vielen kleinen Platten. Nach der gängigen Plattentektonik-Theorie verändern sich diese aus Meeresboden wie Kontinenten bestehenden Schollen vor allem an ihren gemeinsamen Grenzen: Dort, wo Tiefseegräben und Hochgebirgsketten, Vulkane und Erdbeben das Antlitz der Erde ständig umgestalten.

So erfolgreich die Plattentektonik-Theorie auch die Veränderungen der Erdkruste zu erklären vermag, sie teilt eine entscheidende Schwäche mit ihrer weniger erfolgreichen Vorgängerin, der Kontinentalverschiebungs-Hypothese des Deutschen Meteorologen Alfred Wegener aus dem Jahr 1912: Sie kann nichts über den Mechanismus aussagen, der die Erdkrustenplatten antreibt.

Jetzt scheinen einige Erdwissenschaftler zum Kern des Problems vorgestoßen zu sein. Kürzlich zeichnete der Amerikaner Orson Anderson während eines Treffens der britischen Royal Society in London ein erstaunlich einheitliches Bild von den physikalisch-chemischen Vorgängen in unserem Planeten. Dem Geophysik-Professor der University of California in Los Angeles zufolge gehen die Bewegungen der Erdkruste und des darunterliegenden Mantels, ja sogar das irdische Magnetfeld, auf eine immer noch wachsende Eisenkugel gigantischen Ausmaßes im Erdkern zurück.

Andersons einheitliche Erdschau basiert auf der Auswertung von Erdbebenwellen, die quer durch den Planetenkörper liefen, und vor allem auf den ersten realistischen Experimenten zur Simulation der Verhältnisse im Erdkern. Demnach besteht das Zentrum unseres Planeten wahrscheinlich aus einer soliden Kugel reinen Eisens mit einem Durchmesser von 2600 Kilometer. An ihrer Oberfläche „friert“ langsam, aber beständig reines Eisen aus dem darüberliegenden „Ozean“ flüssigen und verunreinigten Eisens an, so daß der Radius des inneren Erdkerns um schätzungsweise, einen Zentimeter pro Jahr wächst. Der „eiserne Ozean“ (auch äußerer Erdkern genannt) ist rund 2000 Kilometer tief, wie die Analyse seismischer Daten zeigt. An seinem Grund herrscht ein so hoher Druck, daß Eisen trotz der hohen Temperatur „friert“ (also fest wird).

Der Verfestigungsprozeß hat Folgen für den Rest der Erde. Denn die dabei freiwerdende Hitze erzeugt Konvektionsströme – auf- und niedersteigende Ströme heißen und kühleren Materials – in dem darüberliegenden „eisernen Ozean“. Die eisernen Ströme wiederum verursachen das Erdmagnetfeld sowie weitere. Konvektionsströme im 3000 Kilometer mächtigen, aus geschmolzenem Gestein (Magma) bestehenden Erdmantel, der den „eisernen Ozean“ umhüllt. An der Oberfläche des Erdmantels schwimmt schließlich, einer dünnen Haut gleich, das feste Gestein der Meeresböden und Kontinente. Diese Kruste aus „leichtem“ Material, nirgendwo dicker als 40 Kilometer, wird von den darunterliegenden Magma-Konvektionsströmen verschoben, verzerrt und gepreßt. Die langsamen Bewegungen der Kontinente und Ozeanböden verursachen, der Plattentektonik-Theorie zufolge, die bekannten geologischen Phänomene wie Gebirgsbildung, Vulkanismus und Erdbeben.

Der Gedanke an einen „gefrorenen Kern“ als Motor geophysikalischer Prozesse war schon 1961 dem Amerikaner John Verhoogen gekommen. Er argumentierte, daß das „Frieren“ des Kerns nicht etwa auf Kälte, sondern auf den enormen Druck in der Tiefe zurückgeht, der so groß ist, daß Eisen eben gezwungen wird, sich zu verfestigen. Da beim Übergang vom flüssigen auf den festen Zustand stets Wärme frei wird, wirkt der sich verfestigende Erdkern wie eine heiße Herdplatte, die das Wasser im Topf darüber aufsteigen und umwälzen läßt. Verhoogens mehr auf theoretische Überlegungen zurückgehendes Modell wurde jetzt von Anderson aktualisiert, wobei die ersten experimentellen Ergebnisse einer amerikanischen Forschergruppe eine entscheidende Rolle spielen. In den letzten anderthalb Jahren hatten Michael Brown und R. G. McQueen am Los Alamos National Laboratory im US-Bundesstaat New Mexico Eisenprojektile mit enormer Geschwindigkeit – acht Kilometer pro Sekunde oder 28 800 km/h – auf ein festes Ziel geschossen. Beim Aufschlag durchliefen Schockwellen die Eisenstücke, wobei ähnliche Drucke wie im Erdkern entstanden – allerdings nur für einen winzigen Augenblick.