Die Rolle von Magma bei der Formung unseres Planeten verstehen
Das Studium der Plattentektonik kann uns helfen zu verstehen, wie sich die Oberfläche unseres Planeten entwickelte, sodass Vorhersagen zukünftiger Ereignisse möglich werden. Wissenschaftler konzentrierten sich oft auf die Grenzbereiche, an denen diese Platten aufeinander treffen, da sich hier viele interessante Vorgänge wie Gebirgsbildung, Erdbeben und Vulkane ereignen. „Das Vorhandensein von Vulkanen an Plattengrenzen ist ein Beweis für das Magma (flüssiges Gestein), das sich an und unter diesen Grenzen befindet“, erklärt Richard Katz(öffnet in neuem Fenster), Hauptforscher von RIFT-O-MAT, der an der Universität Oxford(öffnet in neuem Fenster) im Vereinigten Königreich tätig ist. „Das wirft für mich die Frage auf, wie Magma die Mechanik der Plattentektonik beeinflusst. Ich gewann den Eindruck, dass es hier viele Gedankenansätze zu erforschen gibt.“
Flüssige und feste Phasen in Riftzonen
Durch die Unterstützung des Europäischen Forschungsrats(öffnet in neuem Fenster) konnte Katz dieser Frage weiter nachgehen. „Das Projekt RIFT-O-MAT beschäftigte sich mit der mechanischen Wechselwirkung zwischen flüssigen und festen Phasen in Riftzonen“, erklärt er. In diesen Zonen steigt Magma zur Oberfläche auf, was sich in geologischen Aktivitäten wie Vulkanausbrüchen und heißen Quellen äußert. Außerdem wollte Katz Eis und Wasser in Erdgletschern betrachten, wo ähnliche Wechselwirkungen zwischen Flüssigkeit und Festkörper ablaufen. In Zusammenarbeit mit den Postdoktorierenden Adina Pusok und Yuan Li, dem Doktoranden Hanwen Zhang und dem assoziierten Forscher Dave May entwickelte Katz ein ausgeklügeltes Mathematik- und Kodierungsrahmenwerk zur Erfassung von Flüssigkeits-bedingten Brüchen im Gestein. Dieses wurde bei der Modellierung des Ostafrikanischen Grabens verwendet. „Hanwens Promotionsforschung über die Flüssigkeits-Festkörper-Mechanik von Eis zeigte uns auch, wie in dieser Gemeinschaft flüssigkeitsgetriebene Brüche analysiert werden“, sagt Katz. Zu einem späteren Zeitpunkt wurde das Team durch Tim Davis, einen Sachverständigen für magmatische Gesteinsgänge, verstärkt. „Tim leistete hervorragende Arbeit, um zu verstehen, wie Mega-Gesteinsgänge eine Länge von etwa 1 000 km erreichen können, ohne auszubrechen“, fügt Katz hinzu.
Magmatismus und Plattentektonik
Diese bahnbrechende Arbeit lieferte eine Reihe von grundlegenden Erkenntnissen. Zum einen demonstrierte die Modellierung, dass Magmatismus – der Prozess der Magmabildung und -bewegung – die Kraft, die erforderlich ist, um eine tektonische Platte zu spalten, drastisch reduzieren kann. Des Weiteren zeigten neue Erkenntnisse über Mega-Gänge, dass sie nicht von Natur aus unter hohem Druck stehen und sich über Entfernungen von mehr als 1 000 km erstrecken können, da sie sich bergabwärts ausbreiten. Zudem schien das Projekt ein Licht auf die Schwankungen des Meeresspiegels während des Pleistozäns, da es einen überraschenden Zusammenhang mit dem Abstand zwischen den mittelozeanischen Rücken aufgrund von Transformstörung gab. Katz kündigte an, dass in Kürze ein Manuskript zur Erläuterung dieser Theorie erscheinen wird. Insgesamt trug das Projekt dazu bei, Beobachtungen im Bereich des Magmatismus mit der Beobachtung der Plattentektonik zu verbinden. „So können wir besser verstehen, warum unsere Welt scheinbar so einzigartig ist“, bestätigt Katz. „Und sollte unsere Welt – mit Plattentektonik und einer lebensfreundlichen Umwelt – nicht einzigartig sein, dann hilft es uns dabei, die Bedingungen aufzudecken, die anderswo erfüllt sein müssen.“
Physikalische Ozeanographie des basalen Magma-Ozeans
Katz entwickelt derzeit Theorien zur Erklärung der physikalischen Ozeanographie des basalen Magma-Ozeans (einer Schicht aus geschmolzenem Gestein am Boden des Erdmantels), um das makroskopische Verhalten von Gestein besser zu verstehen. „Ich mache mir Ideen des Projekts RIFT-O-MAT zunutze, um Schlammvulkane (aus denen methanreiche Schlämme austreten) zu untersuchen“, erklärt er. „Darüber hinaus arbeite ich mit Adina, die jetzt in Oxford lehrt, an Problemen im Zusammenhang mit dem teilweisen Abschmelzen des Erdmantels. Es erweist sich immer als fruchtbar, alte Ideen mit neuen Perspektiven zu bestäuben, und so werde ich über kurz oder lang zum Projekt RIFT-O-MAT zurückkehren.“
