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Bohrkern mit 1,6 km Länge aus einer Tiefe von fast 5 km unter der Wasseroberfläche

Segmente des Bohrkerns von IODP-Expedition 351. Foto: Philipp Brandl, GEOMAR

Ein internationales Forscherteam will verstehen, wie in der Erdkruste das Abtauchen der Kontinentalplatten vor sich geht

Die Bewegung von Erdplatten prägt das Gesicht unserer Erde. Dort wo eine Erdplatte unter eine andere abtaucht, entstehen Vulkane und erschüttern Erdbeben den Untergrund. Beispiele für solche sogenannten Subduktionszonen liegen entlang des Pazifischen Feuerrings unter anderem vor den Küsten von Indonesien, Chile und Japan. Doch wie genau beginnt dieser Prozess? Im Rahmen des International Ocean Discovery Program konnte ein internationales Wissenschaftsteam 2014 erstmals den Ursprung einer Subduktionszone erbohren und untersuchen. Das Team veröffentlicht seine Daten jetzt in der internationalen Fachzeitschrift Earth and Planetary Science Letters.

Der Marinengraben ist eine der berühmtesten topografischen Besonderheiten der Ozeane: Teile von ihm halten mit rund 11.000 m den Rekord als tiefste Stelle der Weltmeere. Doch der Marianengraben ist noch aus anderen Gründen wissenschaftlich interessant. Er bildet den südlichen Abschnitt einer fast 4000 km langen Tiefseerinne, die sich von den Marianen-Inseln im Süden über die Izu-Bonin Inseln bis nach Japan erstreckt. Hier taucht die Pazifische Erdplatte unter die Philippinische ab, was intensive vulkanische Aktivität und eine hohe Zahl an Erdbeben zur Folge hat.

Doch wann und wie genau begann dieses Abtauchen der Pazifischen Platte? Wie entwickelte sich der von der Wissenschaft als Subduktion bezeichnete Prozess in seinen Anfängen? Diese Fragen werden in der Forschung kontrovers diskutiert. Ein internationales Team unter Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel und der Australien National University veröffentlicht in der Märzausgabe der Fachzeitschrift Earth und Planetary Science Letters die Auswertung einer wissenschaftlichen Bohrung, die neue Einblicke in die Frühphase der Izu-Bonin-Marianen-Subduktionszone zulässt. „Wir konnten erstmals Gesteinsproben gewinnen, die aus der Zeit der Entstehung stammen“, erklärt Dr. Philipp Brandl vom GEOMAR, Erstautor der Studie.

Modell der Untertauchens (Subduktion) einer Meeresplatte unter einen Kontinent. In solchen Zonen entstehen Erdbeben und bilden sich Vulkane. Grafik: Melanie Moreno /Wikimedia Commons

Grundlage der Untersuchungen ist ein Bohrkern, der 2014 im Rahmen des International Ocean Discovery Program (IODP) mit dem US-amerikanischen Forschungs-Bohrschiff Joides Resolution rund 600 km westlich der eigentlichen Izu-Bonin-Tiefseerinne gewonnen wurde.

Das Bohrgestänge konnte dabei einen über 1600 m langen Kern aus dem Meeresboden gewinnen, und das bei einer Wassertiefe von rund 4700 m. Das ist an der Grenze des technisch Machbaren.

Anhand des Kerns konnten die Forscherinnen und Forscher Schicht für Schicht die Geschichte der Subduktionszone nachvollziehen – bis zu den rund 50 Millionen Jahre alten Gesteinen am unteren Ende des Kerns, die typisch sind für die Geburt einer Subduktionszone.

Die so gewonnenen Daten liefern Einblicke in die Geschichte des Vulkanismus in der Region und damit auch des pazifischen Feuerringes vor 30-40 Millionen Jahren. So fanden sich Hinweise, dass der Vulkanismus anfangs nur langsam in Fahrt kam. Erst mit der Verlagerung der Tiefseerinne in Richtung Osten verstärkte sich die vulkanische Aktivität, und es entstanden die riesigen explosiven Stratovulkane, wie sie heute zum Beispiel am westlichen Rand des Pazifischen Feuerrings zu finden sind.

Die Frage, wie sich Subduktionszonen entwickeln, ist nicht nur interessant, um die Geschichte der Erde besser zu verstehen. Sie sind auch der Motor für den chemischen Austausch zwischen Erdoberfläche und Erdinnerem und die Stoffkreisläufe dort.

Die der Studie zugrunde liegenden Proben wurden gewonnen während der Expedition 351 des International Ocean Discovery Programm (IODP). An der Studie waren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des GEOMAR, der Australian National University, der Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), der California State University Northridge (USA), der University of Leeds (UK), des Geological Survey of Japan und der Chinese Academy of Science beteiligt. (MOdS)

Earth and Planetary Science Letters, 461, 73-84

Quelle: Geomar

Japan, am Rande des Pazifischen Feuerrings gelegen, beherbergt majestätische Vulkane. Hier der Fuji bei Sonnenaufgang. Quelle: Wikimedia Commons

(16.02.2017)