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Schwerefeldmessungen

3D-Modell der Lithosphärenstruktur der Antarktis erstellt

Wissenschaftler haben ein detailliertes 3D-Modell des Gesteins unterhalb des Eis der Antarktis erstellt, das große Unterschiede zwischen dem West- und Ostteil des Kontinents zeigt.

Kiel (Deutschland). Die Antarktis gehört zu den lebensfeindlichsten und zugleich am wenigsten erforschten Gebieten der Erde. Entdeckungen wie ein gigantisches Vulkangebiet unter dem Eis sowie ein Lavasee auf den South Sandwich Inseln wurden deshalb erst in den letzten Jahren aufgrund immer besser werdender Satellitenbilder gemacht. Außerdem gibt es schon seit langem Indizien dafür, dass die Krustenstruktur der Ost- und Westantarktis deutlich Unterschiede aufweisen.

Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel haben nun anhand von Schwerefelddaten, die mit dem ESA GOCE-Satelliten erhoben wurden, und seismologischen Modellen ein detailliertes 3D-Modell der antarktischen Lithosphärenstruktur erstellt. Es handelt sich dabei um die tiefe Erdkruste und den oberen, festen Erdmantel unterhalb des bis zu vier Kilometer dicken Eispanzers des Kontinents.

Große Unterschiede zwischen West- und Ostteil der Antarktis

Laut des nun im Fachmagazin Geophysical Research: Solid Earth veröffentlichten Forschungsartikels gibt es deutliche Differenzen zwischen den festen Gesteinswurzeln im West- und Ostteil der Antarktis. Fausto Ferraccioli vom British Antarctic Survey, Co-Autor der Studie erklärt, dass „3D Earth den Wissenschaftlern verlockende neue geophysikalische Erkenntnisse über die tiefe Struktur und Entwicklung des antarktischen Kontinents bietet und es ihnen ermöglicht die Antarktis erstmals richtig kennenzulernen.“

Laut Studienleiter Folker Pappa zeigt das Modell, dass „unter der geologisch gesehen jungen Westantarktis die Erdkruste mit etwa 25 Kilometern vergleichsweise dünn ist und der Erdmantel bereits in weniger als 100 Kilometern Tiefe zähflüssig wird.“ Die Ost-Antarktis ist hingegen laut Pappa „ein kratonischer Schild mit dicker Kruste, der über eine Milliarde Jahre alt ist, dessen Mantelgestein noch in über 200 Kilometern Tiefe feste Eigenschaften hat.“

Verbindung zu anderen Kontinenten erkennbar

Die neuen Erkenntnisse über die Gesteinsstruktur unterhalb der Antarktis liefern laut den Geologen neue Hinweise zur tektonischen Geschichte des Kontinents. Laut Ferraccioli „kann damit auch die früheren Verbindungen der Antarktis zu anderen Kontinenten wie Australien, Afrika und Indien besser verstanden werden.“ Die stärkste Struktur besitzt die Antarktis laut dem neuen Modell unterhalb eines mehr als dreitausend Meter hohen Gebirges im Ostteil, das von einem Gletscher bedeckt ist. Wie Pappa erklärt „ist die feste Erde hier mit rund 260 Kilometern am mächtigsten.“ Weil das Gebirge vollständig von Eis bedeckt ist, ist das genaue Aussehen allerdings weiterhin unbekannt.

Temperaturunterschiede des Untergrunds

Außerdem zeigt das neue 3D-Modell deutliche Temperaturunterschiede des Untergrunds innerhalb des oberen Mantels von West- und Ost-Antarktis. Während östlich des Transantarktischen Gebirges erst ab 200 Kilometern Tiefe eine Temperatur von 1000 Grad Celsius erreicht wird, konnte diese westlich davon bereits in Tiefen von 70 Kilometern gemessen werden. Neben dem Wärmefluss im Untergrund und der Stabilität des Gesteins beeinflusst die Temperatur vor allem wie stark der Untergrund auf die Eismassen und tektonische Bewegungen reagiert.

Laut Wouter van der Wal, Co-Autor von der Technischen Universität Delft, „haben die Unterschiede dazu geführt, dass sich verschiedene Regionen des Kontinents mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten gehoben und gesenkt haben – und dies auch heute tun.“ Es handelt sich dabei laut Pappa um „natürliche Wechselwirkungen zwischen Eis und der festen Erde.“

Geophysical Research: Solid Earth, doi: 10.1029/2019JB017997

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