Forschen am Grund des Ozeans

Wo die Erde aus den Fugen gerät

Aus heißen Quellen, den „Black Smokers“, strömt schwefelhaltige mineralreiche Flüssigkeit aus. Einige der gelösten Mineralien werden ausgefällt und türmen sich zu einem Schlot rund um die Quelle auf - Lebensraum für ganz neuartige Organismen. Bild vergrößern
Aus heißen Quellen, den „Black Smokers“, strömt schwefelhaltige mineralreiche Flüssigkeit aus. Einige der gelösten Mineralien werden ausgefällt und türmen sich zu einem Schlot rund um die Quelle auf - Lebensraum für ganz neuartige Organismen.

Die Geburtsstätte des Lebens liegt, so vermuten Forscher, am Grund des Meeres – an den heißen Quellen der Tiefsee. Diese Quellen entstehen an den Verschiebungszonen der Erdplatten, dort, wo Seewasser in die aufgeheizte Erdkruste sickert. Das erhitzte Wasser löst Mineralien aus der ozeanischen Kruste, steigt wieder auf und entlässt seine reiche Fracht in den Ozean – stetiger Nachschub an anorganischen Verbindungen für jene Organismen, die hier in völliger Dunkelheit leben und ihre Energie für den Aufbau von Kohlenhydraten aus der Oxidation dieser Verbindungen gewinnen. Hunderte neuer Spezies von Würmern, Weichtieren und Gliederfüßern haben Forscher mithilfe bemannter und unbemannter Tauchboote an diesen Hydrothermalquellen gesammelt – eine vollkommen neuartige Unterwasserwelt: „Nothing could diminish the excitement of seeing the animals for the first time”, schrieb ein Teilnehmer der ersten Expedition dieser Art 1978 zum Galápagosgraben.

Der Galápagosgraben ist ein Tiefseegraben im Pazifischen Ozean. Er trennt zwei kleinere tektonische Platten voneinander – die Kokos- und die Nazcaplatte. Mit einer Geschwindigkeit von wenigen Zentimetern pro Jahr treiben sogenannte Konvektionsströme die beiden Platten auseinander. Diese Wärmewalzen halten die Kruste unseres Planeten in ständiger Bewegung. Als der deutsche Meteorologe Alfred Wegener 1915 erstmals seine Theorie der Kontinentalverschiebung formulierte, reagierten die Fachleute allerdings nur mit Kopfschütteln – zu abwegig schien ihnen die Vorstellung, dass die Kontinente einmal verbunden gewesen und dann auseinander gedriftet sein sollten. Doch, so fragte sich Wegener, warum sonst ließe sich die Ausbuchtung des südamerikanischen Kontinents so wunderbar einpassen in die Einbuchtung des afrikanischen und würden Fossilien des Mesosaur nur im Osten Südamerikas und im Westen Afrikas gefunden und nirgendwo sonst? Um mehr Anhänger für seine Theorie zu gewinnen, fehlte dem Deutschen aber eine überzeugende Erklärung, wie die riesigen Kontinentalplatten in Bewegung versetzt werden.

1929 schlug der Engländer Arthur Holmes einen möglichen Mechanismus vor: Wenn sich Gesteinsmaterial tief im Erdmantel erhitzt, reduziert sich seine Dichte und es steigt zur Oberfläche auf, wo es abkühlt und absinkt, nur um wieder aufgeheizt zu werden und wieder aufzusteigen. Dieser Konvektionsstrom aufgeheizten Gesteins im Mantel unter der Erdkruste könnte die erforderliche Treibkraft für die Verschiebung der Kontinente bereitstellen. Bei seinen Überlegungen machte sich Holmes die Erkenntnisse von Seismologen zunutze. Schon 1890 hatte der englische Geologe John Milne, der an der Kaiserlichen Technischen Universität in Tokio unterrichtete, zusammen mit Kollegen den ersten präzisen Seismografen für die Aufzeichnung von Erdbeben entwickelt. Die Forscher erkannten jedoch bald, dass sich mit diesem Instrument auch das mysteriöse Innere unseres Planeten erkunden ließ. Aus dem Verhalten seismischer Wellen schlossen sie, dass die Erde aus konzentrischen Schichten zusammengesetzt ist: einem inneren Kern, von dem man seinerzeit nicht wusste, ob er fest oder flüssig war, und einer Zwischenschicht aus dichtem Gestein, dem Erdmantel, der sich ungefähr 50 Kilometer unterhalb der äußersten Oberfläche, der Erdkruste, befindet.

Wo neuer Ozeanboden entsteht

Die Erdkruste ist in sieben große und mehrere kleine Platten zerbrochen. An den mittelozeanischen Rücken driften benachbarte Platten auseinander (konstruktive Plattengrenze), Magma quillt hier aus dem Erdmantel empor und bildet neue ozeanische Kruste. Bild vergrößern
Die Erdkruste ist in sieben große und mehrere kleine Platten zerbrochen. An den mittelozeanischen Rücken driften benachbarte Platten auseinander (konstruktive Plattengrenze), Magma quillt hier aus dem Erdmantel empor und bildet neue ozeanische Kruste.

Doch es blieb schwer, Beweise für den von Holmes vorgeschlagenen Mechanismus zu finden. Erst die kriegsbedingte Verbesserung von Echolot- und Sonartechnik für die U-Boot-Aufklärung ermöglichte weitere Fortschritte auf diesem Gebiet. Ein Sonargerät kann durch das Aussenden von Schallwellen und das Auffangen des Echos, das vom Meeresboden zurückgeworfen wird, die Entfernung zwischen einem Schiff und dem Meeresboden bestimmen. Forscher der Columbia Universität führten damit zahlreiche Tiefemessungen im Atlantischen Ozean durch und begannen auf der Basis dieser Messungen ein Profil des Meeresbodens zu erstellen. Was die 1959 von den beiden amerikanischen Ozeanografen Bruce Heezen und Maurice Ewing veröffentliche Karte schließlich zeigte, war eine Gebirgskette unter dem Meer von ungeahntem Ausmaß: über eine Länge von 14.000 Kilometern zieht sich 1.500 bis 3.000 Meter unter der Wasseroberfläche ein Gebirgskamm entlang mit einem Zentralgraben, der bis zu 3000 Meter tief sowie 20 bis 50 Kilometer breit ist und somit bequem den Grand Canyon beherbergen könnte. Er ist Teil eines vulkanischen Gebirgssystems, das eine Gesamtlänge von 75.000 Kilometern besitzt und sich wie die Naht eines Tennisballs um die Erdkugel windet, vom Arktischen Ozean zum Atlantik, um Afrika, Asien und Australien, durch den Pazifischen Ozean und zur Westküste von Nordamerika: der Mittelozeanische Rücken. Wie mochte diese Formation entstanden sein?

In seiner Veröffentlichung „Die Entstehung der Ozeanbecken“ wagte sich der Geologe Harry Hess von der Universität Princeton an eine neue Interpretation der geologischen Befunde. Forscher hatten zu diesem Zeitpunkt ihre Ansichten über die innerste Struktur der Erde verfeinert: Sie gingen nun von einem festen inneren Eisenkern aus, der außen flüssig war. Ihn umgab ein Mantel, der wiederum von der äußeren dünnen ozeanischen und der dicken kontinentalen Kruste überzogen war. Hess nahm an, dass die Erdkruste aus eisenarmen Gestein bestand, das zur Oberfläche gestiegen war, nachdem radioaktiver Verfall im Inneren des neu verdichteten Planeten das Gestein erhitzt und geschmolzen hatte. Diese Kruste hatte einmal eine einzige kontinentale Landmasse gebildet. Die kontinuierlich stattfindende Aufheizung im Inneren des Planeten würde eine Konvektionsschleife mit sich hebendem und senkendem Material im Mantel bilden, so wie es Arthur Holmes 1929 bereits vorgeschlagen hatte. Hess folgerte nun weiter, dass sich die Mantelkonvektion in zahlreiche separat zirkulierende Schleifen, die vom Kern ausgehen, aufgeteilt hätte. Wo die Ströme zur Oberfläche aufsteigen, tritt geschmolzenes Material aus, was die mittelozeanischen Rücken aufbaut und neue ozeanische Kruste formt. Wo die Konvektionsströme absteigen, stürzt abgekühlte ältere ozeanische Kruste an den tiefen Ozeangräben in den Mantel zurück. Der Meeresboden breitet sich also aus und verlagert sich dabei gleichzeitig (engl. seafloor spreading).

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