Dislokationen im Mantelgestein haben starke Auswirkungen auf die Übertragung seismischer Wellen

Schematischer Aufbau der Erde; der Erdmantel ist hier dunkelbraun dargestellt. (University of Chicago)
Schematischer Aufbau der Erde; der Erdmantel ist hier dunkelbraun dargestellt. (University of Chicago)

Wissenschaftler der Australian National University haben entdeckt, dass Defekte in Gesteinen unter der Erdoberfläche starke Auswirkungen auf die Übertragung seismischer Wellen haben, etwa jenen, die von Erdbeben erzeugt werden.

Professor Ian Jackson von der Research School of Earth Sciences, einer Abteilung des ANU College of Physical and Mathematical Sciences, sagte, dass die Forschungsarbeit des Teams uns erlaube, die Art und Weise besser zu verstehen, wie sich seismische Wellen durch den Mantel tief unter der Erdoberfläche bewegen.

“Wir fanden heraus, dass Defekte – ‘Dislokationen‘ genannt – in den Strukturen des Mantelgesteins die Passage von seismischen Wellen durch den Mantel verlangsamen. Diese neue Information wird uns helfen, die seismologischen Modelle über den inneren Aufbau der Erde besser zu interpretieren”, sagte Professor Jackson.

Die Defekte wurden lange für die Bewegungen des Erdmantels verantwortlich gemacht, was seit Millionen Jahren die Bewegung der tektonischen Platten ermöglicht hat. Dies ist die erste systematische Untersuchung ihrer Auswirkungen im Rahmen der deutlich kürzeren Zeitperioden von seismischen Wellen.

“Die Gesteine des Erdmantels verhalten sich in unterschiedlichen Zeitskalen anders. In für seismische Wellen typischen Zeitperioden zwischen Mikrosekunden und Nanosekunden sind die Gesteine recht starr. In Zeitspannen von Millionen Jahren verlieren sie ihre Starrheit allerdings komplett und verhalten sich stattdessen wie eine Flüssigkeit. Vorherige Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass Dislokationen zu dieser interessanten Verhaltensänderung beitragen”, sagte Jackson.

Um die Auswirkungen dieser Defekte auf die Passage von seismischen Wellen zu untersuchen, stellte das Team im Labor synthetische Materialien her, welche das Mantelgestein unter der Oberfläche repräsentierten. Dann deformierten sie die synthetischen Gesteine, um Dislokationen in den Materialien hervorzurufen und überprüften sie mit neuen Methoden im Zeitrahmen zwischen einer und 1.000 Sekunden.

Co-Autor Dr. John Fitzgerald, ebenfalls von der Research School of Earth Sciences, sagte, dass diese Ergebnisse ein besseres Verständnis darüber ermöglichen, wie die Materialien unter der Erdoberfläche seismische Wellen übertragen, etwa solche, die mit Erdbeben zusammenhängen.

“Sie [die Ergebnisse] sagen uns, dass dieselben Defekte, welche die langfristigen Bewegungen der tektonischen Platten ermöglichen, auch einen wichtigen Einfluss auf die Art und Weise ausüben, wie sich seismische Wellen durch den Erdmantel bewegen. Solche Einblicke aus dem Labor werden helfen, die seismologische Analyse des inneren Erdaufbaus zu ‘kalibrieren’, was den [möglichen] Rahmen des thermalen Systems und die langfristige Entwicklung eingrenzt”, sagte Dr. Fitzgerald.

Die Forschungsarbeit mit dem Titel “Dislocation Damping and Anisotropic Seismic Wave Attenuation in the Earth’s Upper Mantle” wurde am 20. April in Science veröffentlicht. Das Medienbüro der ANU stellt eine Kopie zur Verfügung. Die Arbeit wurde von den ANU-Wissenschaftlern Robert Farla (jetzt an der Yale University), Professor Ian Jackson und Dr. John Fitzgerald in Zusammenarbeit mit Forschern in Boston und Minnesota abgeschlossen.

Quelle: http://news.anu.edu.au/?p=14601

(THK)

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