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Wegen der Wärmeleitfähigkeit des Minerals Olivin bleiben nur über 60 Millionen Jahre alte ozeanische Platten, die mit mehr als zehn Zentimetern pro Jahr abtauchen, ausreichend kalt, um Wasser in den tiefen Erdmantel zu transportieren. Dies fanden Forschende der Universität Potsdam und des Helmholtz-Zentrums für Geoforschung (GFZ) Potsdam gemeinsam mit internationalen Kollegen heraus, indem sie zum ersten Mal die optische Wärmedurchlässigkeit von Olivin unter Mantelbedingungen gemessen haben. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.
Die äußere Schicht unseres Planeten, die Lithosphäre, ist in mehrere starre Platten zerbrochen, die auf dem warmen und relativ weichen Erdmantel treiben. Bei einer Plattenkollision taucht die schwerere Platte in den Erdmantel hinab, was als Subduktion bezeichnet wird. Die ozeanische Lithosphäre ist in der Regel schwerer als die kontinentale, da sie aus dichteren Mineralen wie Olivin besteht, das 80 Prozent ihrer Zusammensetzung ausmacht. Olivin ist mit 60 Prozent auch das vorherrschende Mineral des oberen Erdmantels (in 40 bis 410 Kilometern Tiefe). Während sie abtauchen, werden die kalten Platten im aufgeheizten umgebenden Mantel durch Diffusion erwärmt – ein Prozess, der sowohl Wärmeleitung als auch Wärmestrahlung umfasst. Die Prozesse der Plattenerwärmung besser zu verstehen, ist bedeutsam, um das Auftreten tiefer Erdbeben und das Vorhandensein von Wasser in mehr als 600 Kilometern Tiefe erklären zu können.
„Wir haben nun zum ersten Mal die optische Wärmedurchlässigkeit von Olivin im Erdinneren gemessen“, sagt der Geodynamiker Enrico Marzotto vom Institut für Geowissenschaften der Universität Potsdam. „Diese Messungen zeigen, dass Olivin selbst bei den extremen Druck- und Temperaturbedingungen im Erdinneren durchlässig für Infrarotstrahlung, also Wärme ist.“ Der Wärmetransport durch Strahlung macht schätzungsweise 40 Prozent der gesamten im olivinreichen oberen Erdmantel verteilten Hitze aus. Daher spielt die Strahlungswärmeleitfähigkeit eine wichtige Rolle bei der Plattenerwärmung und wirkt sich auf die Dichte und Steifigkeit der subduzierten Platte und auf den Transport von Wasser ins Erdinnere aus.
Mit zweidimensionalen Modellen für die thermische Entwicklung der Platte konnte das Team zeigen, dass die durch den Wärmetransport verstärkte schnelle Erhitzung den Abbau wasserhaltiger Minerale in geringer Tiefe begünstigt. „Dies könnte möglicherweise Erdbeben in der Platte in einer Tiefe unterhalb von 70 Kilometern erklären“, so Marzotto. „Folglich bleiben nur über 60 Millionen Jahre alte und mit mehr als zehn Zentimetern pro Jahr abtauchende Platten ausreichend kalt, um wasserhaltige Minerale bis hinunter zur Mantelübergangszone in 410 bis 660 Kilometern Tiefe zu transportieren.“ Hier befindet sich das größte Wasser-Reservoir auf unserem Planeten, das potenziell bis zu drei Mal mehr Wasser als die Ozeane der Erde enthält.
„Unsere Studie liefert auch numerische Werkzeuge zur Berechnung der Lebensdauer von thermischen Anomalien und ihres geodynamischen Verhaltens im Mantel“, ergänzt Enrico Marzotto. Solche Anomalien können entweder heiße aufsteigende Ströme aus dem tiefen Erdmantel sein oder kalte abtauchende Platten.
Link zur Publikation: Marzotto, E., Koptev, A., Speziale, S. et al. Olivine’s high radiative conductivity increases slab temperature by up to 200K. Nat Commun 16, 6058 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61148-8
Abbildung: Zeichnung einer abtauchenden Platte und Transport wasserhaltiger Minerale zur Mantelübergangszone. Bild: Enrico Marzotto.
Kontakt:
Dr. Enrico Marzotto, Institut für Geowissenschaften
Tel.: 0331/977-5805
E-Mail: enrico.marzotto@uni-potsdam.de
Medieninformation 07-07-2025 / Nr. 068
Dr. Stefanie Mikulla
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Marzotto, E., Koptev, A., Speziale, S. et al. Olivine’s high radiative conductivity increases slab temperature by up to 200K. Nat Commun 16, 6058 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61148-8
https://www.uni-potsdam.de/de/nachrichten/detail/2025-07-07-plattentektonik-mine...
Zeichnung einer abtauchenden Platte und Transport wasserhaltiger Minerale zur Mantelübergangszone.
Source: Enrico Marzotto
Copyright: Enrico Marzotto
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Geosciences
transregional, national
Research results
German
Zeichnung einer abtauchenden Platte und Transport wasserhaltiger Minerale zur Mantelübergangszone.
Source: Enrico Marzotto
Copyright: Enrico Marzotto
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