Fluide strömen in schnellen Pulsen durch den Erdmantel

Münster – Wenn sich Erdplatten an ihren Rändern übereinander schieben, wird Wasser freigesetzt, das zuvor im Gestein gespeichert war. Von dort steigt es in den Erdmantel auf und löst dort die Bildung von Magma aus. Eine internationale Forschergruppe hat nun Hinweise darauf gefunden, dass dieses Wasser viel schneller aufsteigt, als bisher bekannt war: innerhalb von etwa 200 Jahren anstatt im Laufe von Zehn- oder Hunderttausenden von Jahren. Die Fluide, also flüssiges oder gasförmiges Wasser, können dabei in großen Mengen durch Kanäle im Gestein dringen. Für ihre Studie hatten die Forscher Strukturen im chinesischen Teil des Hochgebirges Tianshan untersucht und die Fluidströme mit numerischen Modellen berechnet.

Gebirgskette, im Vordergrund ist ein Taleinschnitt mit einer Reisegruppe zu sehen.
Tianshan Gebirge

Wie Magma entstehen und an die Oberfläche gelangen kann, zeigt sich am Beispiel des Pazifischen Feuerrings, einem Vulkangürtel rund um den Pazifischen Ozean. In dieser sogenannten Subduktionszone sinkt die Pazifische Platte aufgrund ihrer höheren Dichte ab und ihre Ränder schieben sich unter die angrenzenden Platten. Da sich die absinkende Platte bei diesem Vorgang stark aufheizt, kann Wasser entweichen. Im Erdmantel angekommen, senkt es die Schmelztemperatur des umgebenden Gesteins, welches dadurch teilweise flüssig wird. Die so entstehenden Schmelzen bilden schließlich das Magma, das die Vulkane entlang der Küsten Asiens, Nord- und Südamerikas sowie auf Inselgruppen wie den Philippinen oder Indonesien speist.

Ihren Weg nach oben bahnen sich die Fluide durch sogenannte Adern, Strukturen in den Gesteinsschichten. Solche Adern im Tianshan Gebirge erforschte das Team um Wissenschaftler der Universität Münster. „Unsere Untersuchung hat gezeigt, dass sehr viel Fluid durch eine Gesteinsader in etwa siebzig Kilometern Tiefe geflossen sein muss und dass dieses Fluid offensichtlich schon eine Strecke von einigen hundert Metern oder mehr zurückgelegt hat“, erklärt Timm John vom Institut für Mineralogie in Münster. Umso überraschender ist die Zeitspanne von nur wenigen hundert Jahren, die das Team für das Aufsteigen der Flüssigkeit berechnete.

Die Wissenschaftler betonen, dass die Freisetzung von Fluiden mehrere Jahrmillionen andauert. Dennoch können sie anschließend pulsartig durch die Gesteinsadern strömen. „Das ist vergleichbar mit einem Stausee, der sich kontinuierlich füllt und sich dann in einem Schwall über definierte Kanäle leert“, sagt John. Das Forscherteam will in weiteren Studien herausfinden, ob die Fluidpulse in Zusammenhang stehen mit Vulkanaktivität und Entstehung von Erdbeben entlang der Subduktionszonen.