Ströme in der Tiefe

Tief im Erdinnern bilden sich einer Studie der Freien Universität Berlin und der Universität Utrecht zufolge Strukturen, die Fluss­systemen gleichen. Die Geo­wissenschaftler Oliver Plümper von der Universität Utrecht und Timm John vom Institut für Geologische Wissenschaften der Freien Universität fanden heraus, wie Wasser im Erdinneren durch Fluss­system-artige Strukturen fließt und somit die Wasser­kreisläufe der Erde in Balance hält. An der Studie beteiligt waren auch Forscher der Universität Lausanne und der Universität von Genua.

Der Planet Erde verfügt über zwei Wasser­kreisläufe. Den ersten bilden Ozeane, aus denen Wasser zu Wolken verdunstet, auch über Land abregnet und wieder zurück in die Meere geführt wird, häufig durch Flüsse. Doch in den tiefen verborgenen Schichten der Erde gibt es einen zweiten Kreislauf, über den bislang wenig bekannt war. Innerhalb der tektonischen Platten der Erde werden Wasser­moleküle in den gesteins­bildenden Mineralen gewissermaßen gefangen. Dort, wo Platten kollidieren, bewegt sich eine der Platten mitsamt den Wasser­molekülen unter die andere Platte und versinkt in das Erdinnere.

Ohne einen chemischen und physikalischen Mechanismus, durch den Wasser wieder an die Erdoberfläche gelangt, würden die Meere Schätzungen zufolge binnen 1,5 Milliarden Jahren geleert sein. Doch das Wasser der Meere verschwindet nicht, wie zu beobachten ist. Ein inter­disziplinäres Team von Wissenschaftlern der beiden Universitäten untersuchte zum besseren Verständnis der Bewegung im zweiten Wasser­kreislauf Gesteine aus Italien, die durch Gebirgs­bildungs­prozesse aus den Tiefen der Erde wieder herausgehoben wurden.

Timm John, Forscher an der Freien Universität Berlin betonte: „In bisherigen Erklär­mustern des tiefen Wasser­kreislaufs im Erdinnern gingen Wissenschaftler davon aus, dass sich Wasser langsam durch das gesamte Gestein und ohne die Bildung von kanalisierenden Fließ­strukturen bewegt.“ Oliver Plümper, Forscher an der Universität Utrecht, sagte: „Wir erweiterten die herkömmlichen Forschungs­ansätze um eine auf einer elektronen­mikrokospische Untersuchung beruhende numerische Modellierung. Durch diesen inter­disziplinären Ansatz konnten wir die Existenz und den Aufbau eines komplexen Musters von kanalisierenden Fließ­strukturen innerhalb der Gesteine belegen.“

Die Forscher fanden Kanäle in Größen­ordnungen zwischen dem nano­skaligen Bereich und mehreren Metern Länge, die sich zu Beginn der Wasser­freisetzung im Gestein bilden. Diese Kanäle gleichen versteckten Fluss­systemen, durch die Wasser das feste Gestein des Erdinnern durchfließt; sie verbinden sich zu großen Aufwärts­kanälen, durch die Wasser – häufig infolge vulkanischer Aktivitäten – zurück an die Oberfläche gelangt.

FU Berlin / DE