Auf Tauchstation

Der pazifische Meeresboden taucht in Südamerika weiter durch den Erdmantel als bisher gedacht.

Seattle/Buenos Aires – Über 5000 Meter hoch und rund 7500 Kilometer lang erheben sich die Anden entlang des südamerikanischen Kontinents. Seinen Ursprung hat die Gebirgskette in der unter Südamerika abtauchenden pazifischen Ozeanplatte, die laut amerikanischer Geophysiker wahrscheinlich weitaus tiefer aufschmilzt als das klassische Modell dieser Subduktionszone vermuten lässt. Ihre Messungen, die auf der elektrischen Leitfähigkeit des Untergrundes bis in rund 400 Kilometer beruhen, veröffentlichten sie nun in der Fachzeitschrift "Nature".

"Die Struktur der Leitfähigkeit legt nahe, dass mindestens in 250 Kilometer und vielleicht sogar in über 400 Kilometer Tiefe das Gestein partiell aufschmilzt", berichten John R. Brooker von der University of Washington in Seattle und seine argentinischen Kollegen von der Ciudad Universität in Buenos Aires. Klassisch erwarten Geophysiker für das Aufschmelzen der Gesteinsmassen einer subduzierten Platte Tiefen zwischen 100 und 200 Kilometern. Die Ursache für diese geologische Anomalie liegt in dem flachen Verlauf der eintauchenden Nazca-Platte unter den südamerikanischen Kontinent. Mit einem Winkel von rund 30 Grad schiebt sie sich gute acht Zentimeter pro Jahr voran. Erst nach 600 Kilometern, schon weit unter dem Landesinneren Argentiniens taucht das vordere Ende der Platte endgültig steil in den Erdmantel ab und schmilzt.

Die Daten für diese Schlussfolgerung liefern so genannte magnetotellurische Messungen. Für diese Tiefensondierung nutzen die Forscher natürliche elektromagnetische Wechselfelder unterschiedlicher Frequenzen in der Atmosphäre. Die Wellen dringen in den Untergrund ein und induzieren in leitfähigen Strukturen Ströme, die wiederum elektromagnetische Felder erzeugen. Die Summe der Felder wird mit regelmäßig an der Oberfläche ausgelegten Sonden gemessen und erlaubt aufgrund des breiten Frequenzbandes der Quellen Aussagen zu der Leitfähigkeit der Tiefengesteine. Daraus schließen die Wissenschaftler auf Strukturen festen Gesteins oder auftretender Schmelzen bis in Regionen des Erdmantels.

Eine Ursache für die Gesteinsschmelze in rund 400 Kilometern Tiefe vermuten Brooker und Kollegen in der so genannten 410-Kilometer-Diskontinuität. Bei den hier herrschenden Drücken und Temperaturen wandeln sich wasserreiche Wadsleyite in mineralische Olivine um. Und das dabei freigesetzte Wasser könnte durch eine Herabsetzung des Schmelzpunktes die Verflüssigung der abtauchenden Gesteinsplatte verursachen.

"Wenn diese Wechselwirkung mit einer Schmelzzone in 410 Kilometer Tiefe die Erklärung liefern soll, sollte es auch in anderen Subduktionssystemen zu beobachten sein", meint skeptisch Rob Evan von der Woods Hole Oceanographic Institution. Er will diese Interpretation zwar nicht vollkommen ausschließen, doch schlägt er vor, an anderen Subduktionszonen ebenfalls genaue magnetotellurische Untersuchungen vorzunehmen.

Jan Oliver Löfken

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  John R. Booker, Alicia Favetto und M. Cristina Pomposiello, Low electrical resistivity associated with plunging of the Nazca flat slab beneath Argentina, Nature 429, 399 (2004).
  http://dx.doi.org/10.1038/nature02565 
• Kommentar zum Artikel:
  Rob Evans, Just add more water, Nature 429, 356 (2004). 
  http://dx.doi.org/10.1038/429356a 
• University of Washington: 
  http://www.washington.edu/ 
• Dep. of Earth and Space Sciences: 
  http://www.ess.washington.edu 
• Ciudad Universitaria: 
  http://www.ciudad-universitaria.com/ar/ 
• Woods Hole Oceanographic Institution: 
  http://www.whoi.edu 
• Die Anden - ein natürliches Labor der Plattentektonik (pdf): 
  http://www.gfz-potsdam.de/bib/pub/schule/anden_0209.pdf 
• Magnetotellurik: http://www.glossary.oilfield.slb.com/Display.cfm?Term=magnetotelluric%20method 
• Spezielle Dokumente und Informationen zur Nazca-Platte finden Sie ganz einfach mit der Findemaschine, z. B. in der Kategorie Geophysik.

Weitere Literatur:

• Cahill, T. & Isacks, B., Seismicity and shape of the subducted Nazca Plate, J. Geophys. Res. 97, 17503 (1992). 
• Ulmer, P., Partial melting in the mantle wedge – the role of H ₂O in the genesis of mantle-derived “arcrelated” magmas, Phys. Earth Planet. Inter. 127, 215 (2000). 
• James,D. E. & Sacks, S. in: Geology of Ore Deposits of the Central Andes (Hrsg.: Skinner, B. J.) 1–25 (Special Pub. 7, Society of Economic Geologists, Littleton, Colorado,