Diskontinuität (Geologie)

Aufbau der Erde: wichtigste Schalen und ihre durchschnittliche Tiefe (chemisches und rheologisches Modell vermischt)

Als Diskontinuität bezeichnet man in der Geologie eine Grenzfläche zwischen unterschiedlichen geologischen Schichten oder Gesteinskörpern, die auf eine zeitliche Unterbrechung der Ablagerungsgeschichte hinweist. Der innere Aufbau der Erde ist durch verschiedene Schichten gekennzeichnet, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung, Dichte und ihren physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Diese Schichten werden durch Diskontinuitäten getrennt, die bedeutende Grenzflächen darstellen, an denen sich die Eigenschaften des Materials abrupt ändern.

Die geologischen Diskontinuitäten trennen die Erde in verschiedene Hauptschichten: die Kruste, den Mantel, den äußeren Kern und den inneren Kern. Jede dieser Schichten unterscheidet sich in ihrer chemischen Zusammensetzung, Dichte und ihrem physikalischen Zustand. Die Moho trennt die Kruste vom Mantel und zeigt eine deutliche Änderung in der Dichte der Gesteine an. Die Gutenberg-Diskontinuität markiert den Übergang vom festen Mantel zum flüssigen äußeren Kern, während die Lehmann-Diskontinuität den flüssigen äußeren Kern vom festen inneren Kern abgrenzt. Diese Grenzen sind entscheidend, um die seismische Struktur der Erde zu verstehen und helfen Wissenschaftlern, die Dynamik und Zusammensetzung des Erdinneren besser zu erforschen.

Die wichtigsten geologischen Diskontinuitäten im Überblick

Conrad-Diskontinuität

Die Conrad-Diskontinuität ist eine seismisch nachgewiesene Grenzfläche innerhalb der Erdkruste, die die obere von der unteren kontinentalen Kruste trennt. Sie befindet sich in einer Tiefe von etwa 15 bis 20 km und ist durch eine Änderung der seismischen Wellengeschwindigkeit gekennzeichnet, die auf Unterschiede in der Zusammensetzung und Dichte des Gesteins hinweist. In der oberen Kruste finden sich hauptsächlich weniger dichte, felsische Gesteine wie Granit, während die untere Kruste aus dichteren, mafischen Gesteinen besteht. Die Conrad-Diskontinuität ist nicht überall vorhanden, sondern hauptsächlich unter Kontinenten zu finden. Sie wurde erstmals von österreichischen Seismologen und Klimatologen Victor Conrad (1876–1962) im Jahre 1923 beobachtet. Sie kann zwar nicht allerorts nachgewiesen werden, findet sich aber in allen Kontinentalblöcken.

Mohorovičić-Diskontinuität (Moho)

Die Mohorovičić-Diskontinuität, auch bekannt als Moho, markiert die Grenze zwischen der Erdkruste und dem oberen Erdmantel. Sie wurde nach dem kroatischen Seismologen Andrija Mohorovičić benannt, der diese Diskontinuität entdeckte, als er eine plötzliche Zunahme der Geschwindigkeit seismischer Wellen in einer bestimmten Tiefe feststellte. Diese Erhöhung der Wellengeschwindigkeit ist auf eine Änderung in der Zusammensetzung und Dichte des Gesteinsmaterials zurückzuführen. Die Moho befindet sich in einer Tiefe von etwa 5 bis 10 km unter den Ozeanen und 30 bis 50 km unter den Kontinenten. Sie trennt die relativ leichte, silikatreiche Kruste von den dichteren, ultramafischen Gesteinen des oberen Mantels.

Gutenberg-Diskontinuität

Die Gutenberg-Diskontinuität ist die Grenze zwischen dem Erdmantel und dem äußeren Erdkern. Diese Diskontinuität wurde nach dem deutschen Geophysiker Beno Gutenberg benannt und befindet sich in einer Tiefe von etwa 2900 km. An dieser Grenze ändert sich das Material von festem, silikatreichem Gestein im Mantel zu einer flüssigen Eisen-Nickel-Legierung im äußeren Kern. Diese Änderung ist auch durch eine plötzliche Abnahme der Geschwindigkeit der seismischen P-Wellen und das vollständige Verschwinden der S-Wellen gekennzeichnet, da sich S-Wellen nicht durch flüssige Medien ausbreiten können.

Lehmann-Diskontinuität

Die Lehmann-Diskontinuität markiert die Grenze zwischen dem äußeren, flüssigen Kern und dem inneren, festen Kern. Diese Diskontinuität befindet sich in einer Tiefe von etwa 5100 km und wurde von der dänischen Seismologin Inge Lehmann entdeckt. Sie erkannte, dass die seismischen P-Wellen eine Veränderung in ihrer Geschwindigkeit erfahren, was auf die Existenz eines festen inneren Kerns hinweist. Diese Grenze ist entscheidend für das Verständnis der Eigenschaften des Erdkerns, da sie den Übergang von flüssigem zu festem Eisen und Nickel beschreibt.

Diskontinuität zwischen oberem und unterem Mantel

Eine weitere wichtige Diskontinuität befindet sich innerhalb des Erdmantels, genauer gesagt in einer Tiefe von etwa 660 km. Diese 660-km-Diskontinuität trennt den oberen vom unteren Mantel. Sie ist durch eine Umwandlung der Mineralstruktur gekennzeichnet, bei der Olivin in dichtere Phasen umgewandelt wird, was zu einer Änderung der seismischen Wellengeschwindigkeit führt. Diese Diskontinuität spielt eine wichtige Rolle bei der Mantelkonvektion und der Plattentektonik, da sie die Dynamik des Materials im Mantel beeinflusst.

Methoden zur Erkennung und Erforschung geologischer Diskontinuitäten

Es gibt verschiedene messtechnische Methoden, um geologische Diskontinuitäten zu erkennen und ihre Eigenschaften zu erforschen:

• Seismische Tomographie: Diese Methode nutzt seismische Wellen, die durch Erdbeben oder künstliche Quellen erzeugt werden, um ein Bild des Erdinneren zu erstellen. Anhand der Geschwindigkeit und der Richtung der Wellen kann man die Position und die Eigenschaften von Diskontinuitäten bestimmen.

• Reflexions- und Refraktionsseismik: Hierbei werden seismische Wellen verwendet, die an Grenzflächen reflektiert oder gebrochen werden. Die Analyse der reflektierten und refraktierten Wellen erlaubt es, die Tiefe und Struktur der Diskontinuitäten zu bestimmen.

• Gravitationsmessungen: Veränderungen in der Dichte der Erdschichten verursachen Unterschiede im Schwerefeld der Erde. Gravitationsmessungen können genutzt werden, um Dichtesprünge an Diskontinuitäten zu erkennen.

• Magnetotellurik: Diese Methode misst elektrische und magnetische Felder, die durch Wechselwirkungen von Erdmagnetfeld und Sonnenwind entstehen. Die Leitfähigkeit des Gesteins ändert sich an Diskontinuitäten, was die Erkennung dieser Grenzflächen ermöglicht.

• Laboruntersuchungen und Hochdruckexperimente: Im Labor können Mineralumwandlungen und ihre Auswirkungen auf seismische Wellen unter hohem Druck und hoher Temperatur untersucht werden, um besser zu verstehen, was in den Tiefen der Erde an den Diskontinuitäten passiert.

Siehe auch

• Diskontinuität (Geologie) - Artikel in der deutschen Wikipedia

Literatur

• László Egyed: Physik der festen Erde, 370 p., Akadémiai Kiadó, Budapest 1969
• N.M.S. Rock: Numerical Geology. Lecture Notes in Earth Sciences Band 18, 430 p., Springer-Verlag Berlin,… New York, Tokio 1988