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Generation and Evolution Of Transform-Ridge Interaction and Behavior on Earth

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Wie Ereignisse 3 000 km unter unseren Füßen Abdrücke auf der Erdoberfläche hinterlassen

Zum ersten Mal konnte ein Modell der Evolution tektonischer Plattengrenzen mit Supercomputern erfolgreich erstellt und so die Auswirkungen von Ereignissen in den Tiefen der Erde auf das Leben an der Oberfläche aufgedeckt werden.

Klimawandel und Umwelt
Grundlagenforschung

Die Erdoberfläche ist in Platten geteilt und diese Platten bewegen sich jedes Jahr um ein paar Zentimeter gegeneinander. „Die Geschwindigkeit können Sie sich ähnlich wie beim Wachstum Ihrer Fingernägel vorstellen“, sagt Martina Ulvrova, Projektkoordinatorin von GEOTRIBE. Wie Plattentektonik funktioniert ist weitestgehend bekannt, über die Formung der Plattengrenzen selbst jedoch weniger. Das Projekt GEOTRIBE suchte zu verstehen, wie sich lokale und globale Kräfte kombinieren und die Entwicklung neuer Plattengrenzen beeinflussen. Eine Art dieser Grenzen sind gebirgsbildende orthogonale Muster, die auftreten, wenn zwei Platten sich aneinander vorbeischieben. Eine unzusammenhängende Gebirgskette entsteht aus Segmenten senkrecht zur Störung, wie Reißverschlussglieder. „Diese sind die rätselhaftesten Eigenschaften von Plattengrenzen, weil sie in Modellen kaum nachzuahmen sind“, fügt Ulvrova hinzu. Früher wurden in der Geowissenschaft Platten aus kühlendem Paraffin verwendet – eine feste Kruste auf flüssigem Kern – um die Evolution der Plattentektonik nachzustellen. Ulvrovas hochauflösende Modelle basieren dahingegen auf monatelangen Berechnungen der Supercomputer an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) und im Swiss National Supercomputing Centre, um aufzuzeigen, wie Konvektionsströmungen im heißen Erdmantel zusammen mit lokalen Kräften den Prozess der Plattengrenzenformung vorgeben. Im Laufe der Forschungsarbeiten hat Ulvrova verschiedene Arbeiten über die Verbindung zwischen Konvektionsströmungen im Erdmantel und der Formierung dieser Plattengrenzen sowie deren Bewegung veröffentlicht. „Man muss dieses Phänomen global betrachten“, erklärt Ulvrova. „Für lokale Ereignisse muss man untersuchen, was zehntausende Kilometer entfernt passiert.“ Die Ergebnisse von Ulvrova können dank des globalen Modells erstmals die Zerteilung von Pangaea erklären, also des Superkontinents, der im Zeitraum von 335 bis 175 Millionen Jahren vor heute existierte. „Wir können die Positionen der Platten über die letzten 230 Millionen Jahre hinweg nachstellen“, sagt Ulvrova. „Meine Simulationen stimmen gut mit diesen geologischen Aufzeichnungen überein.“ Ein besseres Verständnis des Zusammenhangs zwischen der Oberfläche und des tieferliegenden Mantels der Erde wird Ereignisse an der Oberfläche erklären können, sagt Ulvrova, die auch anmerkt, dass Vorgänge wie der Kohlenstoffkreislauf und Veränderungen des Meeresspiegels eng mit tektonischen Aktivitäten zusammenhängen. Die Arbeit wurde über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen der EU unterstützt. „Dadurch hatte ich die Freiheit, die wissenschaftliche Richtung meiner Wahl weiter zu verfolgen“, merkt Ulvrova an. „Die ETH Zürich ist durch die Infrastruktur, die Kolleginnen und Kollegen sowie die bereichernden Diskussionen zum Thema die ideale Wissenschaftsumgebung.“ Sie fügt hinzu, dass sie durch die Finanzierung auch zu Konferenzen reisen und ihr professionelles Netzwerk ausbauen konnte. Ulvrova gibt an, dass ihre Arbeit zur Erddynamik weitergehen wird. „Ich liebe numerische Simulationen, computergestützte Geodynamik, die Notwendigkeit, Supercomputer und fortgeschrittene numerische Verfahren anzuwenden, die es vor 5 oder 10 Jahren noch nicht gab. Das ist eine extrem spannende Forschungsrichtung.“

Schlüsselbegriffe

GEOTRIBE, Tektonik, Platte, Grenze, Evolution, Modell, Supercomputer, Geodynamik, Pangaea

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