Kontinente wanderten, Berge türmten sich auf und Ozeanbecken öffneten sich: Das Gesicht unseres Heimatplaneten hat sich im Laufe der Jahrmillionen ständig verändert und so wird es auch weitergehen. Denn die äußere Hülle der Erde ist fortlaufend in Bewegung. In die Grundlagen der Plattentektonik versuchen Wissenschaftler schon lange Einblicke zu gewinnen, denn diese Prozesse sind auch mit Erdbeben und Vulkanausbrüchen verbunden. Dabei sind Informationen über die Strukturen in der sogenannten Lithosphäre, die Teile des oberen Erdmantels und die darüberliegende Erdkruste umfasst, von entscheidender Bedeutung.
Gravitations-Daten integriert
Um die Merkmale des irdischen Untergrunds zu erfassen, nutzen Geologen traditionell Gesteinsanalysen sowie Daten, die bei Erdbeben entstehen: Anhand der Geschwindigkeit, mit der sich die seismischen Wellen ausbreiten, sind Rückschlüsse auf die Temperatur und die Dichte des Gesteins im Bereich eines Erdbebens möglich. Auf der Basis solcher Daten entstanden bereits Modelle der Lithosphäre. “Doch sie besaßen begrenzte Auflösung oder waren durch die Art und Weise, wie die Daten verknüpft wurden, eingeschränkt“, sagt Javier Fullea von der Universität Complutense in Madrid. Für die Entwicklung des neuen Modells im Rahmen des ESA-Projekts „3D-Earth“, nutzten Fullea und seine internationalen Kollegen eine weitere Informationsquelle: globale Gravitationsdaten des GOCE-Satelliten der ESA.
Mehr als vier Jahre lang kartierte GOCE die feinen Unterschiede in den Schwerkraftverhältnissen der irdischen Lithosphäre mit extremer Detailgenauigkeit und Präzision. Wie die Forscher erklären, können die Daten aus dem Weltall das Bild der Strukturen im Untergrund ergänzen, da die Stärke des Schwerkraftsignals mit der Dichte des Materials zusammenhängt. Der weitere große Vorteil der Informationsquelle ist, dass die Satellitendaten die Erde gleichmäßig abdecken und somit auch Gebiete, von denen es kaum Bodenmessungen gibt.
Für das neue 3D-Modell der Lithosphäre haben die Wissenschaftler die globalen Gravitationsdaten des GOCE-Satelliten nun mit seismologischen Beobachtungen und Gesteinsinformationen verknüpft. “Durch diese Kombination konnten wir Temperaturverhältnisse und Zusammensetzungen im Mantelgestein in einer neuen Weise beschreiben”, so Fullea. Es handelt sich somit um einen weiteren Schritt hin zum Ziel, den Aufbau und die geologischen Prozesse unseres Planeten besser zu verstehen.
Wie sich eine geologische Delle hebt
„Mit der Kombination von Satelliten-, Erdbeben- und Gesteinsdaten können wir gewissermaßen mit einer Lupe auf das bekannte Schalenmodell des Erdinneren schauen und die einzelnen Schichten viel genauer als bisher differenzieren“, sagt Nils Holzrichter von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Er und seine Kollegen haben das neue Modell in ihrer aktuellen Studie genutzt. Dabei stand im Fokus, wie sich der sogenannte „Laurentidische Eisschild“ auf Nordamerika ausgewirkt hat. Diese massive Eisschicht bedeckte während der letzten Eiszeit Teile des heutigen Kanadas und der USA und drückte die Landmassen mit ihrem Gewicht nieder.
