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Details aus der Tiefe

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 22.11.2012 15:57

Das Erdinnere bleibt dem Menschen weitgehend verschlossen, einziges Untersuchungsinstrument, das Informationen aus den Tiefen der Erde liefern kann, sind seismische Wellen. Französische Wissenschaftler haben jetzt das sogenannte seismische Rauschen genutzt, um ein Stück der Mantelübergangszone in 400 bis 600 Kilometern Tiefe genauer zu untersuchen. In der aktuellen "Science" berichten sie über die Methode und ihre Ergebnisse

Erdaufbau. Quelle: (c) Nasa/MPIK So klein unsere Erde im Vergleich mit den meisten Planeten unseres Sonnensystems oder gar der Sonne selbst ist, für uns Oberflächenbewohner ist sie eine riesige unerreichbare Gesteinskugel. Die tiefste Bohrung, die der Mensch bislang gemacht hat, war die 12.262 Meter in die Tiefe reichende Kola-Bohrung auf der gleichnamigen russischen Halbinsel. Doch selbst damit kam man nicht einmal zur Hälfte durch die Eurasische Kontinentalplatte, die an der Stelle mehr als 30 Kilometer dick ist. Für Einblicke in tiefere Regionen müssen Geowissenschaftler seismische Wellen bemühen. Die vermitteln ihnen ein Bild vom Erdinneren, wie die verschiedenen Durchleuchtungsgeräte im Krankenhaus dem Arzt ein Bild vom Patienten.

Für Bilder aus den wirklichen Tiefen des Erdinneren nutzten die Geophysiker bislang die Wellen großer Erdbeben, die durch den ganzen Planeten wandern. "Allerdings war die Auflösung dieser Methoden beschränkt, weil fast alle Beben entlang der tektonischen Grenzen stattfinden und große Bereiche seismisch inaktiv sind", erklärt German Prieto, Seismologe an der Andenuniversität in Bogotá, Kolumbien. Prieto gehört zu den Wissenschaftlern, die eine andere Kategorie Signale anzapfen wollen, das so genannte seismische Rauschen. Dieses Rauschen läßt die Zeiger der Seismometer kontinuierlich zucken, "es entsteht", erklärt Piero Poli von der Universität Grenoble in Frankreich, "durch Luftdruckwechsel, Regen und auch durch menschliche Aktivität". Der größte Teil dieser Hintergrundwellen bleibt an der Oberfläche und wurde bislang auch schon genutzt, um sehr detaillierte Bilder der Erdkruste zu gewinnen. Poli und Kollegen haben das Rauschen zum ersten Mal genutzt, um tief in den Erdmantel hineinzublicken.

Station 457a des USArray in Yulee, Florida. Quelle: (c) NSF/Iris Sie haben ein kleines Stück der so genannten Mantelübergangszone genau untersucht. Das ist eine Zone in 400 bis 600 Kilometern Tiefe, bei der sich die Dichte des Erdmantels schlagartig ändert, denn seismische Wellen zeigen hier charakteristische abrupte Geschwindigkeitssprünge. "Wir konnten ein Modell konstruieren, dass die Feinstruktur dieser Übergangszone zeigt", erklärt Poli. Er und seine Kollegen konnten die Oberkante dieser Übergangszone auf rund 410 Kilometer festlegen, wo sich eine 15 Kilometer dicke Randzone befindet. In einer Tiefe von 650 Kilometer kommt dann die untere Randzone, die sogar nur vier Kilometer dick ist. Die Forscher nutzten Daten des Lapnet-Experiments, eines seismischen Netzwerkes, das 2008 für ein Jahr im Norden Skandinaviens aufgebaut wurde. Ihre Ergebnisse zeigen, wie die Mantelübergangszone unter dem Areal aussieht, das von den insgesamt 42 Seismometerstationen des Experiments erfasst wurde. Skandinavien gehört zu den seismisch ruhigsten Gebieten der Erdoberfläche, sein Untergrund ist daher besonders schlecht mit Erdbebenwellen zu erkunden.

Das seismische Rauschen kann da offenbar Abhilfe leisten, zumal sich die Seismometer-Netzwerke immer mehr ausbreiten. Nicht immer sind es permanente Installationen, oft bleiben die Geräte wie bei Lapnet nur für ein paar Monate, doch für Informationen über den Erdaufbau reicht auch das. Die Seismologen suchen dabei geradezu die Nadel im Heuhaufen. Denn sie müssen mit aufwendigen Filtertechniken aus dem Wust an Oberflächenwellen die geringe Zahl von Tiefenwellen fischen, die Informationen über den Erdmantel liefern können."Wir hoffen, dass der Einsatzbereich der Methode erweitert werden kann", so Poli, "so dass man die Übergangszone systematisch studieren und eventuell sogar noch weiter in die tiefe Erde hinabblicken kann." Sein Kollege German Prieto aus Kolumbien ist sich da ziemlich sicher: "Das seismische Rauschen wird wahrscheinlich ein Schlüsselinstrument werden, wenn wir die Strukturen im Erdinneren erkunden wollen."

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