Ein höchst unregelmässiges Puzzle

Die Lithosph?re, die ?usserte Schicht der Erde, gleicht einem anspruchsvollen Puzzle. Insgesamt 52 gr?ssere und kleinere Platten formen die H¨¹lle der Erde und pr?gen dadurch deren Aussehen . Bemerkenswert an diesem Puzzle ist, dass die einzelnen Teile sehr unterschiedlich gross sind. Die sieben gr?ssten Platten bedecken zusammen ganze 94 Prozent der Erdoberfl?che, die restlichen 45 kleineren Platten hingegen nur gerade sechs Prozent. Bei genauerem Hinsehen zeigt sich zudem, dass die Gr?ssenverteilung der kleineren Platten anderen Regeln folgt als diejenige der grossen Platten: W?hrend die kleineren Platten sehr unterschiedliche Gr?ssen haben, sind die grossen Platten von ?hnlicher Gr?sse.

Erstmals konsistentes Modell

In den letzten Jahren schlugen Erdwissenschaftler verschiedene Erkl?rungen vor, wie es zu dieser merkw¨¹rdigen Verteilung kommt. Ein Forscherteam der ETH Z¨¹rich und der Universit¨¦ de Lyon pr?sentiert nun einen neuen Ansatz. In der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift ?Nature? k?nnen die Forscher mit einem numerischen Modell die Gr?ssenverteilung der Erdplatten elegant erkl?ren. ?Diese Modell zeigt zum ersten Mal auf eigenkonsistente Weise auf, warum es nur sieben grosse und so viele kleine Platten gibt?, erkl?rt Paul Tackley, Professor f¨¹r geophysische Fluiddynamik am Institut f¨¹r Geophysik der ETH Z¨¹rich.

Das neue Modell ber¨¹cksichtigt sowohl die Konvektionsstr?me im Erdmantel, welche die Bewegungen der Erdplatten antreiben, als auch das Verhalten der Platten entlang ihrer Grenzen. Besonders wichtig sind die sogenannten Subduktionszonen. Bei diesen Zonen kollidieren jeweils zwei Platten miteinander, wobei die eine Platte unter die andere geschoben wird und tief in den Erdmantel abtaucht.

Dort, wo die Subduktionszonen gerundet sind, sind die Platten einer gr?sseren mechanischen Belastung ausgesetzt. ?bersteigt diese ein bestimmtes Mass, bricht die Platte an der Stelle auseinander ¨C es entsteht eine neue, kleinere Platte. ?Dies erkl?rt, warum kleinere Platten h?ufig entlang der Subduktionszonen zu finden sind und nicht entlang von mittelozeanischen R¨¹cken, wo die Platten auseinander driften?, sagt Tackley.

Zwei Faktoren

Die Gr?ssenverteilung der Platten erkl?rt sich also aus einem komplexen Zusammenspiel von zwei Faktoren: den Bewegungen im Erdmantel und dem mechanischen Verhalten der Lithosph?re. Berechneten die Forschenden die Gr?ssenverteilung der Platten mit einem mittleren Wert, der ungef?hr der realen Festigkeit der Lithosph?re entspricht, resultiert eine statistische Verteilung, die sehr gut mit den beobachteten Werten ¨¹bereinstimmt. Nahmen die Geophysiker hingegen eine geringere Festigkeit an, ver?ndert sich die Gr?ssenverteilung markant: Es gibt weniger grosse Platten, daf¨¹r aber viel mehr kleinere. Gerade ein umgekehrtes Bild ergibt sich bei einer erh?hten Festigkeit: Die grossen Platten werden noch gr?sser und es gibt weniger kleinere Platten. Das heisst also: W¨¹rde die Lithosph?re der Erde eine andere Festigkeit aufweisen als sie tats?chlich hat, w¨¹rde die Oberfl?che der Erde v?llig anders aussehen.