Gut geschmierte Erdplatten

Vor der Ostküste Neuseelands taucht der Ozeanboden des Pazifiks jedes Jahr 5 bis 24 Zentimeter unter den australischen Kontinent ab. Die grundlegenden Prozesse in dieser Subduktionszone verstehen Geophysiker zwar gut, doch eine genaue Erklärung stand bisher aus. Diese Wissenslücke konnte nun ein internationales Forscherteam etwas verkleinern. Mit seismischen Messungen fanden die Wissenschaftler Hinweise auf eine relativ dünne Schicht am Boden der pazifischen Platte, die das Hinabgleiten in den Erdmantel wie ein Schmiermittel erleichtern könnte. Ihre Analyse erschien nun im Fachblatt „Nature“.

Mit einer Grafik wird die Subduktion vor Neuseeland beschrieben.
Subduktionszone vor Neuseeland

Mit Bohrungen können Geoforscher nicht bis zur Subduktionszone in einer Tiefe von hundert Kilometern vordringen. Doch mit seismischen Wellen künstlicher Erdbeben – erzeugt durch zwölf Sprengungen auf Neuseeland – schafften es Tim Stern von der Victoria University in Wellington und seine Kollegen, sich indirekt ein genaueres Bild vom Aufbau der abtauchenden, pazifischen Platte zu machen. Mit insgesamt 1178 Sensoren, sogenannten Geophonen, fingen sie auf einer 85 Kilometer langen, geraden Strecke – teils auf dem Festland, teils auf offener See – die im Untergrund reflektierten Wellen auf. Da sich die seismischen Wellen abhängig vom Aufbau der Gesteinsschichten im Untergrund mal schneller, mal langsamer ausbreiteten, offenbarte sich mit dieser Methode die Struktur der Subduktionszone.

Klar zeigten die Daten, dass die pazifische Platte in dem untersuchten Bereich etwa 73 Kilometer dick ist. Aber an ihrer Unterseite entdeckten Stern und Kollegen einen zehn Kilometer messenden Abschnitt, der offenbar wie eine gut schmierende geologische Gleitschicht das Abtauchen der Platte erleichtert. Verantwortlich dafür könnten eingeschlossenes Wasser oder partielle Gesteinsschmelzen sein. Da es in hundert Kilometer Tiefe allerdings noch zu kalt ist, um das Plattenmaterial zu schmelzen, müssen die Forscher nach anderen Ursachen suchen. So könnten aus dem heißeren Erdmantel aufsteigende Schmelzen in diese tektonische Gleitzone vordringen. Diese Hypothese ließe sich aber nur mit weiteren Messungen überprüfen.

Ein Ausschnitt einer Karte vor Neuseeland zeigt durch einen dunkelblauen Streifen, dass die pazifische unter der australischen Platte abtaucht.
Plattentektonik vor Neuseeland

Mit ihrer Analyse, die zu den bisher genauesten ihrer Art zählt, liefern Stern und seine Kollegen wertvolle Hinweise auf die genauen Prozesse der Plattentektonik. Auf dieser Grundlage könnten die Vorgänge innerhalb der Subduktionszonen, in denen entlang der Kontinente zahlreiche Erdbeben entstehen, besser verstanden werden. Auch Geowissenschaftler vom Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel erforschten jüngst die Subduktionszone vor Neuseeland genauer. Mit dem Forschungsschiff Sonne sammelten sie Proben vom Meeresboden des Pazifiks und verglichen diese mit erstarrtem Gestein der Kermadec-Vulkane tausend Kilometer nördlich von Neuseeland. Große Ähnlichkeiten in der chemischen Zusammensetzung erklärten, wie die abtauchende pazifische Platte den aktiven Vulkanismus beeinflusst.