Forschende der Universitäten Cardiff, Oxford, Bristol und Michigan haben zwei riesige Mineralstrukturen im tiefen Erdmantel untersucht. Die beiden Gebilde – eines unter dem Pazifik, das andere unter Afrika – sind größer als Kontinente und ragen teils bis zu 900 Kilometer in die Höhe. Im Rahmen ihrer Analysten gewannen die Geologinnen und Geologen jedoch nicht nur wichtige Erkenntnisse über die Entstehung sowie die Eigenschaften der Regionen. Sie stellten auch fest, dass sich diese maßgeblich auf das Erdmagnetfeld auswirken.

Plattenfriedhof vs. Erdmagnetfeld

Weil sie sich in seismischen Wellen ähnlich verhalten, dachte man lange, die Großen Niedergeschwindigkeits-Provinzen (Large Low-Velocity Provinces, LLVP) hätten die gleiche Zusammensetzung. Doch zeigen die jüngst im Fachjournal Scientific Reports veröffentlichten Forschungsergebnisse, dass sie aus unterschiedlichen Materialien bestehen und eine eigene Entstehungsgeschichte haben. Das könnte den Wärmestrom tief im Inneren der Erde verändern und sich darauf auswirken, wie unser Planet sein Magnetfeld erzeugt.

Seit sie in den 1980er-Jahren durch seismische Daten entdeckt wurden, geben die Strukturen der Forschung Rätsel auf. Bisherige Studien zeigten, dass sie teilweise aus Überresten ehemaliger ozeanischer Kruste bestehen, die über Millionen von Jahren in den Erdmantel absanken, und so eine Art „Plattenfriedhof“ bilden. Diese durchmischten Materialien verlangsamen seismische Wellen, was es Geologinnen und Geologen ermöglicht, das tiefere Innere der Erde zu untersuchen. Welchen Einfluss sie auf das Erdmagnetfeld nehmen können, war bislang aber nicht bekannt.

„Da numerische Simulationen nicht perfekt sind, haben wir mehrere Modelle für eine Reihe von Parametern durchgeführt“, erklärte der leitende Studienautor Dr. James Panton von der Cardiff University. „Jedes Mal haben wir festgestellt, dass die pazifische LLVP mit subduzierter ozeanischer Kruste angereichert ist, was darauf hindeutet, dass die jüngste Subduktionsgeschichte der Erde für diesen Unterschied verantwortlich ist.“

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Reger Austausch im Erdmantel

Die von Dr. Panton erwähnten Simulationen zur Bewegung des Erdmantels legen also nahe, dass sich die Strukturen im Laufe der letzten eine Milliarde Jahre durch das Recycling von ozeanischer Kruste gebildet haben. Das widerspricht der Theorie, dass sie auf eine uralte Kollision mit einem Himmelskörper vor 4,5 Milliarden Jahren zurückgehen, die zur Entstehung des Mondes führte.

Untersuchungen zeigen, dass die Struktur unter dem Pazifik etwa 50 Prozent mehr frische ozeanische Kruste enthält, als die unter Afrika. Dadurch ist der Unterschied zur Umgebung dort größer, und die Struktur ist weniger dicht.

Die Pazifikstruktur erhält ständig neues Material, weil dort tektonische Platten im sogenannten Pazifischen Feuerring unter die Erdkruste geschoben werden. Die afrikanische Struktur liegt hingegen in einer ruhigeren Region. Dort ist die Kruste im Laufe der Zeit stärker durchmischt worden, wodurch die Struktur dichter wurde. Obwohl sich die beiden Formationen in ihrer Zusammensetzung deutlich unterscheiden, sehen sie für seismische Messungen ähnlich aus, weil ihre Temperaturen nahezu gleich sind.

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„Wir müssen nun nach Daten suchen“

Die Temperaturunterschiede im Vergleich zur Umgebung beeinflussen, wie Wärme aus dem Erdkern entweicht. Das wiederum bestimmt, wie sich Ströme im flüssigen äußeren Erdkern bewegen – und genau diese Bewegungen erzeugen das Magnetfeld der Erde. Da die beiden Strukturen die Wärme ungleichmäßig ableiten, könnten sie das Erdmagnetfeld ins Wanken bringen, das uns vor schädlicher Sonnenstrahlung schützt. Die afrikanische Struktur wurde bereits mit einer Schwächung des Magnetfelds in dieser Region in Verbindung gebracht.

„Wir müssen nun nach Daten suchen, die die vorgeschlagene Asymmetrie in der Dichte einschränken können, zum Beispiel durch Beobachtungen des Gravitationsfeldes der Erde“, so die Koautorin Dr. Paula Koelemeijer von der University of Oxford. Falls diese tief verborgenen Strukturen tatsächlich das Magnetfeld beeinflussen, könnten sie eine viel größere Rolle in der Erdgeschichte spielen, als bisher gedacht.

Quellen: „Unique composition and evolutionary histories of large low velocity provinces“ (Scientific Reports, 2025); University of Oxford

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