Der Erdmantel ist die dicke Schicht aus heißem, festem Gestein, die zwischen der Erdkruste und dem geschmolzenen Eisenkern liegt. Er macht den Großteil der Erde aus und stellt zwei Drittel ihrer Masse. Der Mantel beginnt in etwa 30 Kilometern Tiefe und ist etwa 2.900 Kilometer dick.
Interessante Fakten zur Geologie
Die Erde hat die gleiche Elementzusammensetzung wie die Sonne und andere Planeten (mit Ausnahme von Wasserstoff und Helium, die der Erdanziehungskraft entkommen sind). Zieht man das Eisen im Kern ab, berechnet sich der Mantel aus einer Mischung aus Magnesium, Silizium, Eisen und Sauerstoff, was in etwa der Zusammensetzung von Granat entspricht.
Welche Mineralmischung genau in einer bestimmten Tiefe vorhanden ist, ist eine komplexe Frage, die noch nicht endgültig beantwortet ist. Hilfreich ist, dass wir Proben aus dem Erdmantel haben – Gesteine, die bei Vulkanausbrüchen aus Tiefen von 300 km oder mehr an die Oberfläche gebracht wurden. Diese Proben zeigen, dass die Oberfläche des Erdmantels aus Peridotit und Eklogit besteht. Das Interessanteste, was wir aus dem Erdmantel finden, sind jedoch Diamanten.
Die Oberfläche des Mantels wird durch die darüber stattfindenden Plattenbewegungen langsam aufgewühlt. Dies ist auf zwei Arten von Aktivitäten zurückzuführen. Erstens die Abwärtsbewegung subduzierender Platten, die untereinander gleiten. Zweitens die Aufwärtsbewegung von Mantelgestein, die auftritt, wenn sich die beiden tektonischen Platten trennen und auseinanderdriften. All diese Aktivitäten führen jedoch nicht zu einer gründlichen Durchmischung des oberen Mantels, und Geochemiker betrachten ihn als eine felsige Version eines Marmorkuchens.
Die vulkanischen Muster der Erde spiegeln die Aktivität der Plattentektonik wider, mit Ausnahme einiger weniger Hotspots. Hotspots könnten Hinweise auf den Aufstieg und Fall von Material viel tiefer im Erdmantel geben, vielleicht sogar von ganz unten. Oder vielleicht auch nicht.
Die derzeit wirksamste Methode zur Erforschung des Erdmantels ist die Überwachung seismischer Wellen von Erdbeben weltweit. Zwei verschiedene Arten seismischer Wellen, P-Wellen (ähnlich Schallwellen) und S-Wellen (ähnlich einer vibrierenden Saite), reagieren auf die physikalischen Eigenschaften der Gesteine, die sie durchdringen. Diese Wellen werden von bestimmten Oberflächen reflektiert und beim Auftreffen auf andere Oberflächen gebrochen (gekrümmt). Dieser Effekt wird zur Kartierung des Erdinneren genutzt.
Unter hohem Druck verändern sich Mineralien und Gesteine. So verändert beispielsweise das im Erdmantel häufig vorkommende Mineral Olivin in einer Tiefe von etwa 410 km und erneut in einer Tiefe von 660 km seine Kristallformen.
Wissenschaftler untersuchen das Verhalten von Mineralien im Erdmantel mit zwei Methoden: Computermodellen auf Basis geophysikalischer Gleichungen und Laborexperimenten. Moderne Erdmantelstudien werden daher von Seismologen, Computerprogrammierern und Laborforschern durchgeführt, die heute mithilfe von Hochdruck-Laborgeräten wie Diamantstempelzellen die Bedingungen überall im Erdmantel nachbilden können.
Ein Jahrhundert Forschung hat uns geholfen, einige Lücken im Erdmantel zu schließen. Der Erdmantel besteht aus drei Hauptschichten. Der obere Erdmantel erstreckt sich von der Basis der Erdkruste (Moho) bis in eine Tiefe von 660 km. Die Übergangszone liegt zwischen 410 und 660 km. In dieser Tiefe kommt es zu wesentlichen physikalischen Veränderungen der Mineralien.
Der untere Mantel erstreckt sich von 660 km bis etwa 2.700 km Tiefe. An dieser Stelle werden seismische Wellen so stark beeinflusst, dass die meisten Forscher davon ausgehen, dass die darunter liegenden Gesteine nicht nur kristallographisch, sondern auch chemisch unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Diese umstrittene, etwa 200 km dicke Schicht am Boden des Mantels trägt den seltsamen Namen „D-Doppelstrich“.
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