Eine neue Studie zeigt, dass langsame, tiefe Gesteinsströme im Erdinneren dazu beigetragen haben, die stärkste großräumige Gravitationsanomalie des Planeten unter dem antarktischen Kontinent zu formen.
Warum ist die Schwerkraft über der Antarktis schwächer als überall sonst auf dem Planeten? Und wie hat sich diese spektakuläre Anomalie im Laufe der Erdgeschichte etabliert und dann dauerhaft verstärkt?
Eine neue, im Open-Access-Journal
Scientific Reports veröffentlichte Studie liefert entscheidende Antworten. Die von einem Team des Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) durchgeführte Forschung wurde maßgeblich durch die Initiative Make Our Planet Great Again (MOPGA) unterstützt, die von der nationalen Forschungsagentur ANR finanziert wird.
Eine Zeitreise zum Herzen des Planeten
Um den Ursprung dieses einzigartigen Schwerkrafttiefs zu verstehen, rekonstruierten die Forscher die Entwicklung der inneren Dynamik der Erde über fast 70 Millionen Jahre. Dieses "Schwerkrafttief" entspricht keiner physischen Vertiefung, sondern einer großräumigen Welligkeit im Gravitationsfeld der Erde, die mit einem Massendefizit zusammenhängt. Ihr Ansatz kombiniert Bilder aus der seismischen Tomographie – vergleichbar mit Röntgenaufnahmen des Erdinneren, die aus seismischen Wellen gewonnen werden – mit physikalischen Modellen, die die extrem langsame Verformung der Gesteine im Erdmantel beschreiben.
Diese Methode ermöglicht es, eine regelrechte "animierte Geschichte" der Tiefenströmungen unter der Antarktis zu erstellen und ihre Entwicklung über geologische Zeiträume hinweg zu verfolgen.
Ein tiefer Motor, der seinen Betrieb ändert
Die Ergebnisse zeigen einen bedeutenden Wendepunkt zwischen etwa 50 und 30 Millionen Jahren. In einer ersten Phase war das Schwerkrafttief hauptsächlich mit dem Absinken kalter, dichter Gesteine in die Tiefen des Erdmantels entlang des pazifischen und südatlantischen Randes des antarktischen Kontinents verbunden.
Dann setzt sich nach und nach eine andere Dynamik durch: Eine große, mehrere tausend Kilometer breite Säule aus heißem und leichterem Gestein unter dem Rossmeer steigt aus großen Tiefen zum oberen Erdmantel auf. Dieses langsame, aber stetige Aufsteigen verändert die Massenverteilung unter dem Kontinent tiefgreifend.
Die Entstehung einer außergewöhnlichen Gravitationsanomalie
Die Kombination dieser beiden Prozesse – das anhaltende Absinken kalter Gesteine an den Rändern des Kontinents und das Aufsteigen heißen Materials unter seinem Zentrum – verstärkt das Massendefizit unter der Antarktis stark. Das Schwerkrafttief stabilisiert sich dann in seiner heutigen Position und erreicht die außergewöhnliche Intensität, die wir heute beobachten. Damit wird diese Region zur größten kontinentalen Gravitationsanomalie des Planeten.
Wenn die Dynamik des Mantels die Oberfläche beeinflusst
Diese Schlüsselperiode in der inneren Entwicklung der Erde fällt mit einer leichten, aber gut dokumentierten Verschiebung der Rotationsachse des Planeten zusammen, bekannt als
Polwanderung vor etwa 50 Millionen Jahren. Die Studie stellt somit einen direkten Zusammenhang her zwischen der tiefen Zirkulation des Erdmantels, den großskaligen Variationen des an der Oberfläche gemessenen Gravitationsfeldes und subtilen, aber globalen Veränderungen im Verhalten der Erde.
Was diese Studie für unser Verständnis der Erde ändert
Indem diese Arbeit die Entwicklung des antarktischen Schwerkrafttiefs über mehrere zehn Millionen Jahre zurückverfolgt, liefert sie eine integrierte Sicht auf die Zusammenhänge zwischen innerer Dynamik, Gravitationsfeld und Rotation des Planeten. Sie zeigt, wie langsame, in menschlichen Maßstäben unsichtbare Prozesse eine messbare Signatur an der Oberfläche des Globus hinterlassen und sogar die Ausrichtung der Erde im Raum beeinflussen können.
Schematischer Schnitt unter der Antarktis, der die Geoidsenke (Gravitationsanomalie) veranschaulicht. Das Absinken kalter, dichter Gesteine (abtauchende Platten) auf beiden Seiten, kombiniert mit einem Aufstieg von heißem Gestein im Zentrum, erzeugt ein Massendefizit, was sich in einer leicht geringeren Schwerkraft über dem Kontinent äußert (schwarze Pfeile). Die vertikale Verformung ist übertrieben dargestellt. Dieses konzeptuelle Diagramm fasst die durch die Rekonstruktionen der Konvektion vorhergesagte Dichte- und Strömungsstruktur des Mantels unter der Antarktis zusammen. IPGP