23.01.2004

Flüssiger als gedacht

Vulkanisches Magma ist viel flüssiger und mobiler als bisher gedacht.

Flüssiger als gedacht

Vulkanisches Magma ist viel flüssiger und mobiler als bisher gedacht.

Tübingen – Wie Perlen auf einer Kette reihen sich die meisten Vulkane der Erde entlang der tektonischen Plattengrenzen auf. Ihr Material für Vulkanausbrüche gewinnen sie zumeist aus abtauchenden ozeanischen Platten, die sich wegen ihrer höheren Dichte unter die Kontinentalränder schieben und dabei aufschmelzen. Deutsche Geophysiker entdeckten nun bei Laborexperimenten, dass diese wässrigen, Silikat-reichen Schmelzen in der Tiefe der Subduktionszone viel dünnflüssiger sein können als bisher gedacht. Wie sie in der Fachzeitschrift "Science" berichten, steigt dadurch deren Mobilität, sodass das Material viel leichter an die Oberfläche der Kontinentalkruste aufsteigen kann.

An einer Subduktionszone taucht eine ozeanische Platte unter eine andere Platte ab. Dabei entstehen Magmaschmelzen. (Quelle: Mineralogisches Museum, Uni Münster)

"Diese Ergebnisse haben eine globale Bedeutung. Denn die kontinentale Kruste könnte sich deutlich schneller aus dem Material der abtauchenden ozeanischen Platte bilden als bisher gedacht", sagt Andreas Audétat, Geochemiker an der Universität Tübingen. Zusammen mit seinem Kollegen Hans Keppler stellte er in einer heizbaren Diamantdruckzelle die extremen Bedingungen nach, wie sie in hundert bis zweihundert Kilometern Tiefe bei einer abtauchenden Subduktionszone herrschen. Bei Temperaturen zwischen 600 und 950 Grad Celsius und Drücken zwischen einem und zwei Gigapascal lösten sie unterschiedliche Silikatmengen in der wässrigen Schmelze auf. Über die Geschwindigkeit fallender Kugeln aus Kohlenstoff, Platin und einer Platinkobalt-Legierung, deren Verhalten sie mit einer Videokamera festhielten, konnten sie die Viskositäten mit einem maximalen Fehler von rund zehn Prozent bestimmen.

"Mit zunehmender Tiefe, also ansteigendem Druck und Temperatur, nimmt die Löslichkeit von Silikaten im mitgeführten Wasser rapide zu, bis schließlich komplette Mischbarkeit zwischen wässerigen Fluiden und Silikatschmelzen erreicht wird. Die Viskosität von intermediären Fluid-Schmelze-Gemischen ist um Größenordnungen geringer als bisher angenommen", erklärt Audétat. So fließt eine Schmelze bei 800 Grad und 20 Gewichtsprozent Silikaten genauso dünnflüssig wie Wasser bei Raumtemperatur (10 -3 Pa s). Selbst mit einem Silikatanteil von 50 Gewichtsprozent ist die Viskosität noch vergleichbar mit der von Olivenöl (0,8 × 10 -1 Pa s). Bisher gingen Geowissenschaftler bei solchen hohen Silikatanteilen davon aus, dass diese Magma-Schmelzen sehr viel zähflüssiger seien (10 2–10 6 Pa s).

"Auch der relativ konstante Abstand der vulkanisch aktiven Zone vom Plattenrand lässt sich hiermit erklären, da die für die komplette Mischbarkeit benötigten Drücke und Temperaturen in einer ganz bestimmten Tiefe erreicht werden", sagt Audétat. Für die ausgefeilten Modelle, die die Mechanismen des Vulkanismus in Subduktionszonen und den Materialzuwachs zur Kontinentalkruste beschreiben, sind diese Ergebnisse von großer Bedeutung.

Jan Oliver Löfken

Weitere Infos:

Weitere Literatur:

  • Y. Tatsumi, S. Eggins, Subduction Zone MagmatismBlackwell, Cambridge, 1995. 
  • H. Shen, H. Keppler, Nature 385, 710 (1997). 
  • H. Bureau, H. Keppler, Earth Planet. Sci. Lett. 165, 187

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