Sev Kender am Mikroskop
Eine der größten Fragen, die in der Plattentektonik noch zu beantworten sind, ist, wie Subduktionszonen entstehen oder „initiiert“ werden. Die Plattentektonik und die Ausbreitung des Meeresbodens waren eine bahnbrechende Theorie, die Mitte des 20. Jahrhunderts entdeckt wurde und einen Großteil der Geologie erklärte und unsere moderne Disziplin begründete. Davor gab es keine anerkannte Theorie darüber, warum sich Ozeane und Gebirge bildeten, warum die Kontinente so aussehen, als wären sie einst miteinander verbunden gewesen, und warum die Tiere der verschiedenen Kontinente scheinbar längst vergessene gemeinsame Vorfahren hatten. Hier berichtet Sev Kender über die jüngsten Fortschritte in der Wissenschaft…
Subduktionszonen, wie der tiefe Marianengraben vor der Südküste Japans, sind Stellen, an denen eine Platte unter eine andere geschoben wird, während sie sich aufeinander zu bewegen. Die darunter liegende Platte wird in den Erdmantel verschlungen und erzeugt heißes Magma, das aus Vulkanen an der Oberfläche der darüber liegenden Platte ausbricht (z. B. die Nördlichen Marianen). Es ist recht problematisch zu erklären, wie ein Stück passiver Ozeankruste plötzlich auseinanderbrechen und einen Graben bilden kann, und es gibt zwei führende Modelle, die erklären, wie eine Subduktionszone entstehen kann: Spontan“ (eine Seite sinkt ab, weil sie dichter ist) oder „induziert“ (erzwungen durch den Druck einer anderen, weit entfernten Quelle). Es ist jedoch schwierig, diese Ideen zu überprüfen, da der Prozess heute nicht beobachtet werden kann. Subduktionszonen bestehen über viele Millionen Jahre hinweg, und die Auslösungsperiode liegt in den meisten Fällen Millionen von Jahren zurück.
Der Ort der Forschung in der Kruste
des Izu-Bonin-Mariana-Bogens
Eine Möglichkeit, die Entstehung von Subduktionszonen zu verstehen, besteht darin, ein langes Bohrloch in die ozeanische Kruste auf der darüber liegenden Platte zu bohren, um die Zusammensetzung und das Alter der Kruste zu prüfen und zu sehen, wie sie sich (in Bezug auf die Veränderungen des Meeresspiegels) verhielt, bevor die Subduktion begann. Das Problem ist, dass sich seit dem Beginn der Subduktion in Millionen von Jahren kilometerlange Sedimente aufgetürmt haben, die die Kruste verdecken.
Meine Person und 30 weitere Wissenschaftler reisten im Sommer 2014 mit dem Bohrschiff JOIDES Resolution, das vom International Ocean Discovery Program betrieben wird, in die Philippinische See, um in die Kruste des Izu-Bonin-Mariana-Bogens zu bohren. Dabei handelt es sich um eine erloschene Ozeangrabenzone südlich von Japan, wo der heutige Marianengraben seinen Anfang nahm. In unserem Artikel in Nature Geoscience berichten wir, wie wir erfolgreich ein 1,5 km langes Bohrloch durch die darüber liegenden Sedimente und in die Kruste selbst gebohrt haben und die Gesteine mit Hilfe von Mikrofossilien und Magnetfeldumkehr-‚Magnetochronen‘ (bekannte vergangene Umkehrungen, die mit anderen Techniken in anderen Aufzeichnungen datiert wurden) datieren konnten.
Wir fanden heraus, dass die Kruste viel jünger ist als erwartet (Eozän, etwa 50 Millionen Jahre alt), eine verblüffende Entdeckung, die darauf hindeutet, dass wir unsere Vorstellungen von der Entstehung der Subduktionszone überdenken müssen. Die Kruste weist chemische Merkmale auf, die darauf hindeuten, dass sie zu dem Zeitpunkt entstanden ist, als die Subduktionszone begann, und nicht viel früher. Die Kruste hat sich möglicherweise in einer Dehnungsumgebung durch Spreizung des Meeresbodens gebildet, in gewisser Weise ähnlich der Kruste, die sich heute an mittelozeanischen Rücken bildet, wenn auch in diesem Fall in der Nähe der neu gebildeten Subduktionszone.
Mittelozeanische Rücken sind Orte, an denen frische neue ozeanische Kruste gebildet wird, und sind das Gegenteil von Subduktionszonen. In der Nähe der Rücken gibt es heute zahlreiche „Transformverwerfungen“, riesige Brüche in der Kruste, die durch die Wechselwirkung der sich ausbreitenden Platten mit der Erdkrümmung entstehen.
Ein dünner Schnitt durch die junge Kruste
Eine Idee ist, dass sich die Subduktionszone entlang einer früheren Schwachstelle in einer dieser Bruchzonen gebildet hat, aber unsere Aufzeichnungen beweisen dies nicht. Sie zeigen jedoch, dass sich die Subduktionszone wahrscheinlich eher spontan als induziert gebildet hat, da sich die Kruste in einer Dehnungsumgebung gebildet hat und vor der Bildung nicht angehoben wurde. Weitere Analysen der gesammelten Gesteine in den kommenden Jahren werden uns helfen, dieses neue Modell zu verfeinern und die Entwicklung des Izu-Bonin-Mariana-Bogens seit seiner Entstehung zu verstehen.
Von Sev Kender (Research Fellow im Centre for Environmental Geochemistry, BGS-University of Nottingham).
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Sev Kender an seinem Mikroskop
Der Ort der Forschung in der Kruste des Izu-Bonin-Mariana-Bogens
Ein dünner Schnitt durch die junge Kruste