Innere Erde: Wissenschaftler entdecken Berge und Ebenen 660 Kilometer unter der Erdoberfläche

In der Schule geht man davon aus, dass die Erde in drei Schichten unterteilt ist, nämlich in die Rinde, den Mantel und den Kern, der wiederum in einen inneren und einen äußeren Kern unterteilt ist.

Ein grundlegendes und genaues Schema, das jedoch andere, subtilere Schichten außer Acht lässt, die Wissenschaftler jetzt im tiefen Inneren unseres Planeten zu erkennen beginnen.

Ein Geologenteam hat eine bisher unbekannte Schicht in der Mitte des Erdmantels entdeckt, deren Merkmale an die der Erdoberfläche erinnern.

Eine neue Studie, die im Journal of Science veröffentlicht wurde und von den Geophysikern Jessica Irving und Wenbo Wu der Princeton University in Zusammenarbeit mit Sidao Ni des Institute of Geodesy and Geophysics of China verfasst wurde, beschreibt, wie die Forscher die Daten der seismischen Wellen eines großen Erdbebens in Bolivien nutzten. Sie konnten in 660 Kilometern Tiefe eine neue Region im Erdinneren ausfindig machen, die ihnen die Sprache verschlug: Es handelt sich um eine Gebirgskette und Ebenen, die denen auf der Oberfläche unseres Planeten sehr ähnlich sind.

Und um tief in das Innere des Planeten blicken zu können, mussten die Forscher die stärksten Wellen nutzen, die es auf unserem Planeten gibt, nämlich die seismischen Wellen, die durch massive Erdbeben erzeugt werden.

Deshalb nutzten die Wissenschaftler die Tiger-Supercomputer der Princeton University, um das komplexe Verhalten von gestreuten seismischen Wellen in den Tiefen der Erde zu simulieren.

Die für diese Analyse angewandte Technologie hängt fast ausschließlich von einer einzigen Eigenschaft der Wellen ab: ihrer Fähigkeit, sich zu biegen und abzuprallen.

So wie Lichtwellen an einem Spiegel abprallen (reflektieren) oder sich biegen (brechen), wenn sie durch ein Prisma laufen, laufen seismische Wellen direkt durch homogenes Gestein, werden aber reflektiert oder gebrochen, wenn sie auf Grenzen oder Unebenheiten treffen.“Wir wissen, dass fast alle Objekte eine Oberflächenrauhigkeit haben und daher Licht streuen“, sagt Wu, der Hauptautor der neuen Arbeit. Er hat gerade seine Promotion in Geowissenschaften abgeschlossen und arbeitet jetzt als Postdoktorand am California Institute of Technology.

„Deshalb können wir diese Objekte sehen – die Streuwellen tragen die Information über die Rauheit der Oberfläche. In dieser Studie untersuchten wir gestreute seismische Wellen, die sich im Erdinneren ausbreiten, um die Rauheit der 660 km langen Erdoberfläche einzugrenzen.“

Die Wissenschaftler waren verblüfft über die Rauheit der Grenze. Wie sie erklären, ist sie rauer als die Oberflächenschicht, auf der wir leben.

Mit anderen Worten: An der 660-km-Grenze gibt es eine stärkere Topografie als in den Rocky Mountains oder den Appalachen“, erklärt Wu.

„Man braucht ein großes, tiefes Erdbeben, um den ganzen Planeten zum Beben zu bringen“, so Irving, Assistenzprofessor für Geowissenschaften. Für diese spezielle Studie wurden die wichtigsten Daten aus seismischen Wellen gewonnen, die nach einem Erdbeben der Stärke 8,2, dem zweitstärksten jemals aufgezeichneten Erdbeben, das 1994 Bolivien erschütterte, aufgezeichnet wurden.

„Erdbeben dieser Stärke kommen nicht sehr oft vor“, sagte Irving.

„Wir können uns glücklich schätzen, dass wir heute so viel mehr Seismometer haben als noch vor 20 Jahren. Die Seismologie ist heute ein ganz anderes Gebiet als noch vor 20 Jahren, sowohl was die Instrumente als auch was die Rechenleistung angeht.

Aber Daten allein sind nichts wert, wenn man nicht weiß, wie man sie nutzen kann.

Deshalb nutzten die Wissenschaftler die Tiger-Supercomputer der Princeton University, um das komplexe Verhalten von gestreuten seismischen Wellen in den Tiefen der Erde zu simulieren.

Die für diese Analyse angewandte Technologie hängt fast ausschließlich von einer einzigen Eigenschaft der Wellen ab: ihrer Fähigkeit, sich zu biegen und abzuprallen.

So wie Lichtwellen an einem Spiegel abprallen (reflektieren) oder sich biegen (brechen), wenn sie durch ein Prisma laufen, laufen seismische Wellen direkt durch homogenes Gestein, werden aber reflektiert oder gebrochen, wenn sie auf Grenzen oder Unebenheiten treffen.“Wir wissen, dass fast alle Objekte eine Oberflächenrauhigkeit haben und daher Licht streuen“, sagt Wu, der Hauptautor der neuen Arbeit. Er hat gerade seine Promotion in Geowissenschaften abgeschlossen und arbeitet jetzt als Postdoktorand am California Institute of Technology.

„Deshalb können wir diese Objekte sehen – die Streuwellen tragen die Information über die Rauheit der Oberfläche. In dieser Studie untersuchten wir gestreute seismische Wellen, die sich im Erdinneren ausbreiten, um die Rauheit der 660 km langen Erdoberfläche einzugrenzen.“

Die Wissenschaftler waren verblüfft über die Rauheit der Grenze. Wie sie erklären, ist sie rauer als die Oberflächenschicht, auf der wir leben.

Mit anderen Worten: An der 660-km-Grenze gibt es eine stärkere Topografie als in den Rocky Mountains oder den Appalachen“, erklärt Wu.

Die neue Studie beschreibt zwar zweifellos eine der sensationellsten Entdeckungen, die unter unseren Füßen gemacht wurden, doch ihr statistisches Modell bietet kaum Erkenntnisse, die eine genaue Höhenbestimmung ermöglichen würden.

Dennoch halten die Wissenschaftler es für möglich, dass einige dieser unterirdischen Berge größer sind als alles, was wir bisher auf der Oberfläche des Planeten gesehen haben.

Sie sagen, dass die Rauheit auch nicht gleichmäßig verteilt war. Den Wissenschaftlern zufolge gibt es auf der Oberfläche der Kruste glatte Ozeanböden und massive Berge, während die 660 km lange Grenze unter unseren Füßen raue Bereiche und glatte Stellen aufweist.