Wo Magmaozeane ganz leicht schwappen

24. Mai 2011 von Karl Urban in Bilder

Es ist ein Bild, dass sich hartnäckig in unseren Köpfen hält: Aus Vulkanen kommt flüssige Lava an die Oberfläche. Ergo ist das Erdinnere geschmolzen. Stimmts? Nur zum Teil: Eigentlich ist nur ein winziger Teil der Erde ist flüssig. Völlig geschmolzen ist ausschließlich der äußere Erdkern (knapp 15% des Planetenvolumens), während innerer Kern, Mantel und Erdkruste fast ausschließlich aus festen Mineralen bestehen.

Der irdische Vulkanismus entsteht jedoch in der Erdkruste, tausende Kilometer oberhalb des brodelnd-flüssigen Außenkerns. Dass Gestein hier oben überhaupt flüssig wird, liegt vor allem am Wasser, das etwa in Form von hydrierten Mineralen wie Amphibolen oder Glimmern über Subduktionszonen in die Tiefe gebracht wird. Durch chemische Reaktionen freigesetzt, senkt es den Schmelzpunkt des Gesteins ab, so dass lokal Magma nach oben steigen kann.

Doch kommen wir zum Bild in unseren Köpfen zurück, sagen wir dieses hier aus der Schule:

Plattentektonik

(Bild: USGS / gemeinfrei)


Man sieht Kontinentalplatten, die auf einer orangenen Schicht gleiten, sich gegenseitig über- und unterpflügen oder aneinander schaben. Diese orangene Schicht heißt Asthenosphäre und ist die Schmierschicht für die starren, kühlen tektonischen Platten. Sie schmiert aber nicht etwa, weil sie völlig geschmolzen ist, sondern weil sie im Vergleich weniger starr ist. Das ist sie, weil sie zu rund 1% geschmolzen ist. Das klingt wenig für eine gleißend orangene Schicht, oder?

Nun sind Bilder in Köpfen relativ hartnäckig, besonders wenn sie so schön griffig sind wie... ein schwappender Magma-Ozean:

Screenshot SPON

Hinter der Meldung verbirgt sich eine aktuelle Science-Veröffentlichung [1] über den jupiternächsten Trabanten Io, dem die mächtige Gravitation des Gasriesen stark zusetzt. Ähnlich wie der Gezeitenberg der irdischen Ozeane hebt sich Oberfläche von Io bei jedem Umlauf um über 100 Meter. Dabei wird Ios Kruste so stark gestaucht und gedehnt, dass viele Vulkane wüten. Sie brechen häufig aus, so dass sie schon bei einem der ersten Vorbeiflüge einer Raumsonde dabei beobachtet wurden: Die Legende erzählt, dass die Kollegen von Linda Morabito 1979 längst das erfolgreiche Manöver von Voyager 1 feierten, während sie eher durch Zufall die Fontäne auf Ios Oberfläche entdeckte. Man stelle sich einen solchen Zufall auf der Erde vor: Die Sterne müssen schon sehr günstig stehen, um aus dem Orbit zufällig einen Vulkanausbruch zu beobachten.

Io mit vulkanischen Plumes

Voyager 2 blickt zurück auf Io (Bild: NASA / gemeinfrei)


Während der Galileo-Mission erhärtete sich dann, dass Io den aktivsten Vulkanismus des Sonnensystems besitzt. Und anders als die Wassergeysire von Enceladus oder die vermuteten Methanschleudern von Titan gibt es auf Io richtigen Vulkanismus aus silikatischer Magma, wie wir ihn aus der Schule kennen (streng genommen sind die Lavas sogar noch etwas heißer als auf der Erde).

Um etwas über Ios Inneres zu lernen, verwendete Krishan Khurana nun magnetische Daten, die Galileo um 2001 gesammelt hatte. Der Mond fliegt ständig durch das Magnetfeld des Jupiters, das auf Wolkenhöhe rund 20 mal stärker ist als das der Erde. Es ist daher ein ideales Hilfsmittel, Himmelskörper in der Nähe auf ihre auf ihre Eigenschaften zu untersuchen. Dringen die Magnetfeldlinien nämlich in den Mond ein und treffen auf eine leitende Schicht, kommt es zur elektromagnetischen Induktion und das von der Sonde gemessene Feld verändert sich kurzfristig.

Eben das haben Krishan Khurana und seine Kollegen getan und einen schwappenden Ozean gefunden [2]? Beinahe: Ihre Messwerte verglichen sie mit den magnetischen Eigenschaften von Lherzoliten, ein Gestein, das auch in der irdischen Asthenosphäre zu finden ist und dem das Krustengestein Ios wohl am nächsten kommt. Sie versuchten nun denkbare Computermodelle vom inneren Aufbau des Mondes mit ihren Messwerten abzugleichen und fanden heraus, dass ein bestimmtes Modell besonders gut passte: Darin sitzt eine rund 50 Kilometer mächtige Schicht in Ios Asthenosphäre, die zu 20% geschmolzen ist. Jules Verne wäre sicher enttäuscht.

Nun sollten wir dieses Modell nicht leichtfertig für bahre Münze nehmen oder gar darüber nachdenken, Professor Otto Lidenbrock und seinen Gehilfen Axel in die Tiefe zu schicken. Nicht etwa, weil in einem zu 20 Prozent geschmolzenen Ozean kaum hollywoodtaugliche Aufnahmen zu erwarten sind: Ersteinmal müssen neue Raumsonden mit den gleichen oder neuen Messmethoden erkunden, ob das Modell von Krishan Khurana überhaupt stimmt.

Wenn dem so ist, müsste sich Ios Asthenosphäre äußerst plastisch verhalten. Denn eine überwiegend feste Gesteinsschicht kann sich durchaus plastisch verhalten, was schon die irdische Schmierschicht zeigt. So eine Schicht ist auch notwendig, um den enormen Wärmetransport zu bewerkstelligen, der sich durch die Gezeitenreibung aufbaut.

[1] Khurana, K. et al.: Evidence of a Global Magma Ocean in Io's interor, Science 2011

[2] Der gebashte SPON-Autor schreibt übrigens völlig korrekt von einer teilgeschmolzenen Gesteinsschicht. Nur seine Überschrift ist etwas zu plastisch geraten.


5 Kommentare zu “Wo Magmaozeane ganz leicht schwappen”

  1. Theres Antworten | Permalink

    Vielleicht dumme Fragen
    Ein guter Artikel, nur ... woher weiß man, wie, ähm, flüssig die Asthenosphäre ist? (Flüssig zu schreiben fällt mir auf einmal unerwartet schwer. Und wie käme denn etwas durch? Die Reise zum Erdkern gibt es auch moderner ;-)
    Die zweite Frage, wieso ist sie das, wegen der Wirkung der Gravitation?

  2. pikarl Antworten | Permalink

    Wie flüssig

    Auf der Erde gibt es da verschiedene Ansätze:

    - wir kennen die Gesteine, welche die irdische Asthenosphäre aufbauen (etwa, weil sie durch tektonische Prozesse nach oben gekommen sind). Diese können wir im Labor unter solche Druck-/Temperatur-Bedingungen setzen, wie sie dort unten herrschen.

    - mit geophysikalischen Messmethoden (besonders die Messung von Erdbebenwellen, die die ganze Erde durchdringen), können wir immer etwas über Materialunterschiede aussagen. Eine teilgeschmolzene Schicht reflektiert Erdbebenwellen anders, als eine völlig starre. Völlig geschmolzene Bereiche wie der äußere Kern sind seismisch sogar bedeutig mitteilsam, da sie nur einen von zwei Wellentypen (nur P, kein S) durchlassen:

    http://de.wikipedia.org/wiki/Seismische_Welle

  3. Theres Antworten | Permalink

    Ups ...

    habe glatt vergessen vielen Dank zu sagen, und mir nachdem ich das erste Fachwort seismische Welle kannte, ein paar gute Seiten dazu angeschaut. Xkcd ist klasse!

  4. Markus Pössel Antworten | Permalink

    SPON-Autor

    Ich weiß nicht im Detail, wie das beim Spiegel läuft, aber bei anderen Medien ist es durchaus üblich, dass die Überschrift von jemand anderem geschrieben wird als dem eigentlichen Autor. Insofern ist Autorenbashing-aufgrund-der-Überschrift oft nicht ganz so sinnvoll. Was ja nichts an den Vorurteilen ändert, die du in deinem interessanten Beitrag aufgreifst...

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