Erddynamik

Die Erde ist ein dynamischer Planet. Diese Aussage bezieht sich nicht nur auf die Ökosphäre der Erde, sondern auch auf ihr Inneres. Viele geologische Prozesse finden ihren Ursprung in der Erddynamik und den damit verbundenen Kräften des Erdinneren. Um die Erddynamik zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, wie die Erde entstanden ist.

Die endogenen Kräfte der Erde prägen die Erdoberfläche, lassen Kontinente wandern und Vulkane ausbrechen, Gebirge und Ozeane entstehen und wieder vergehen und sie erzeugen den wichtigen Schutzschirm des Erdmagnetfeldes.

Motor der Erddynamik sind die großen Temperaturunterschiede im Erdinneren. Die Hitze entsteht durch radioaktive Zerfallsprozesse, chemische Reaktionen, dem großen Druck und durch Bewegung. Hinzu kommt eine große Anfangshitze aus den Zeiten der Erdentstehung: Kollisionen von Planetesimale und die Eisenkatastrophe gaben der Erde einen guten Start und sorgten dafür, dass der Planet einen schalenartigen Aufbau hat und nicht ein kalter Felsklumpen geworden ist.

Erddynamik macht Planeten bewohnbar

Die Erde besteht groß gesehen aus Erdkruste, dem oberen- und unteren Erdmantel, sowie dem äußeren und inneren Erdkern. Im inneren Erdkern ist es am heißesten. Obwohl er gut 6000 Grad heiß ist, ist er fest. Er ist vom äußeren Erdkern umgeben. Dieser ist flüssig und dreht sich um den inneren Erdkern. Da der Erdkern aus Eisen und Nickel besteht, entsteht durch die Rotation das Erdmagnetfeld. Es schütz die Erdoberfläche vor kosmischer Strahlung und ermöglicht zellulares Leben. Das Erdmagnetfeld bewahrt die Atmosphäre davor vom Sonnenwind in den Weltraum geblasen zu werden. Im Endeffekt verdanken wir es der Erddynamik, dass „unser“ Planet bewohnbar ist.

Im Erdmantel herrschen Durchschnittstemperaturen um 2000 Grad. Mit der Tiefe wird es immer heißer. Der Erdmantel besteht aus plastischen Gesteinen. Sie verhalten sich ähnlich wie Knete und sind in geringem Umfang fließfähig. Durch den Temperaturunterschied zwischen oberen Erdmantel und unterem Erdmantel entstehen Rotationszellen, sogenannten Konvektionsströme. Sie lassen die Kontinente wandern. Nur ein geringer Teil des Gesteins im Erdmantel ist tatsächlich geschmolzen. In der Asthenosphäre -einer dünnen Schicht zwischen Erdmantel und Erdkruste- bilden magmatische Fluide (wahrscheinlich Magma) eine Schmierschicht, auf der die Kontinente gleiten können. Das bringt uns zur Erdkruste. Sie ist kein starrer Panzer, der die Erde umgibt, sondern ist wie der menschliche Schädel aus verschiedenen Platten zusammengesetzt. Sie sind flexibel und bewegen sich relativ zueinander. Besonders im Bereich der Nähte entstehen Vulkane. Sie bauen den Druck ab, der im Erdinneren entstehen kann. Vulkane sind praktisch die Überdruckventile der Erde.

Erosion

Als Teil des exogenen Gesteinskreislaufes ist die Erosion ein Verwitterungsprozess, bei dem Gesteine und Böden abgetragen und anschließend transportiert werden. Der Antagonist zur Erosion ist die Sedimentation, welche für gewöhnlich im Anschluss an den Transport des erodierten Materials erfolgt. Erosion und Transport erfolgen über ein Medium. In der Regel sind das Wasser, Eis, oder Luft. Es können auch gleichzeitig mehrere Medien an der Erosion beteiligt sein. Durch die Abtragung erodierter Gesteine können unterschiedliche Landschaftsformen entstehen. Berge werden geformt und Täler geschaffen. Endogene Prozesse, wie die tektonisch bedingte Bodenanhebung können der Erosion entgegenwirken. Noch immer wachsen die Alpen etwas schneller, als sie erodieren. Dennoch wird letztendlich die Erosion gewinnen und die Berge werden wieder abgetragen. Über die Flüsse landet das ab abgetragene Material ins Meer, welches so immer flacher wird. Man kann auch sagen, dass die Erosion ein nivellierender Vorgang ist.

Auf der Erde gibt es zahlreiche fantastische Erosionslandschaften, wie den Grand Canyon, oder den Arches Nationalpark in den USA. Auch Atolle verdanken ihr bizarres Erscheinungsbild neben dem Korallenwachstum der Erosion von ganzen Vulkanen.

Erosion an Vulkanen

An Vulkanen zersetzten aggressive Gase Gesteine. Besonders in Furmarolenfeldern kann der Boden weich sein, so dass man einsinkt. Schuttlawinen, pyroklastische Ströme, Lahare und Lavaströme können tiefe Täler in die Vulkanflanken einschneiden und Erdbeben zermürben das Gestein. Natürlich ist auch ein Vulkan nicht vor der üblichen Erosion durch die Kraft von Wasser, Eis und Wind gefeilt. Ähnlich wie bei normalen Bergen, wird die Erosion einen Vulkan auf Dauer besiegen, spätestens, sobald der Feuerberg erlischt.

Von der Erosion besonders betroffen sind Vulkaninseln. Gerade während der Geburt einer neuen Insel findet ein unablässiger Kampf zwischen der Kraft des Vulkans, und der des Wassers statt. Wie man in den 1920-iger Jahren bei der Geburt von Anak Krakatau beobachten konnte, wurde das junge Vulkaneiland mehrmals wieder abgetragen, bevor sich eine einigermaßen stabile Vulkaninsel bilden konnte.

Eruption

Eruption ist ein allgemeiner Begriff für die vulkanische Ausbruchstätigkeit. Der Begriff wurde vom englischen „eruption“ abgeleitet und kann mit Vulkanausbruch übersetzt werden. Ein Vulkan kann auf verschiedene Arten ausbrechen. Bei einer Eruption treten aus dem Vulkan Lava und Gase aus. Treten nur Gase aus, spricht man von einer Exhalation. Grundlegende Eruptionsarten sind effusiv und ejektiv.

Effusive Eruption

Effusive EruptionBei einer effusiven Eruption wird die Lava in Form von Lavaströmen, oder Lavaseen gefördert. Es können auch niedrige Lavafontänen entstehen. Das Magma ist heiß und niedrigviskos. Es enthält wenig Gas. Bevorzugt sind es Spalten- und Schildvulkane die effuisv eruptieren. Typische Beispiele sind die Vulkane Hawaiis und der Piton de la Fournaise auf La Réunion.

Eine Ausnahme stellen kurze hochviskose Lavaströme und Lavadome dar. Während die Lava der kurzen Lavaströme relativ wenig Gas enthält, sieht es bei der Lava der Dome anders aus. Unter dem Dom kann sich großer Gasdruck aufbauen, welcher den Dom sprengt. Die Lava der Dome ist ebenfalls relativ reich an Gas. Brechen Lavapakete ab, fragmentieren diese und es entstehen pyroklastische Ströme. Dome entstehen für gewöhnlich an Stratovulkanen, die sich hinter Subduktionszonen bilden. Klassische Beispiele hierfür sind der Merapi auf Java, oder Vulkane der Anden. Auch der Popocatepetl bildet gerne Lavadome.

Ejektive Eruption

Ejektive EruptionVon ejektiven Eruptionen spricht man, wenn Lava im Förderschlot fragmentiert wird und explosiv als Tephra gefördert wird. Umgangssprachlich werden ejektive Eruptionen auch als explosive Eruptionen bezeichnet. Die Tephra kann dabei unterschiedliche Formen annehmen, je nach Grad der Fragmentierung. Ist die Tephra stark fragmentiert entstehen Lapilli und Vulkanasche. Gröbere Teile werden als Bomben, Blöcke, Klasten oder Schlacken bezeichnet. Sind sie heißer als 800 Grad glühen diese. Es können auch hoch aufsteigende Lavafontänen entstehen. Die Größe einer Explosion ist nicht nur von der Menge des Materials im Förderschlot abhängig, sondern auch von dem Gasdruck. Dieser steuert maßgeblich die ejektive Eruption. Wenn das Magma niedrigviskos ist und viel Gas enthält, dann entstehen Lavafontänen. Ist das Magma hochviskos entstehen hoch aufsteigende Aschewolken. In diesem Fall spricht man von „grauen Vulkanismus“.

Es gibt auch beliebige Mischformen zwischen effusiven und ejektiven Eruptionen. Ein Vulkan kann gleichzeitig effusiv tätig sein und auch ejektiv ausbrechen. Solche Eruptionen kommen am Ätna auf Sizilien oft vor, meistens in Form von Paroxysmen. Aber auch am Pico do Fogo (Fotos) treten sie gerne auf.

Eruptionsmechanismen

Über die Förderart (ejektiv, effusiv) von Laven entscheiden im wesentlichen die Faktoren: Wasser-, Gas-, Kieselsäuregehalt und die Temperatur des Magmas. Je nachdem, in welchem Verhältnis diese Faktoren zueinander stehen, ergeben sich unterschiedliche Eruptionsmechanismen.

Christof Hug-Fleck fasste diese Beziehungen in seinem Buch „Die ruhelose Erde“ so zusammen:

Wasser Gas Kieselsäure (SiO2) Temperatur in °C Förderart
+
bis 1230 effusiv, ruhig
+
+
bis 1230 effusiv & ejektiv
+
600 – 900 °C schiebt saure Laven aus den Schlot (Dom)
+
+
400 – 700 °C hoch explosiv, Glutwolken

Auftrieb und Druck als wichtige Faktoren der Eruptionsmechanismen

Ein wichtiger Faktor der Eruptionsmechanismen ist der Druck des Magmas. Es gilt die Beziehung, dass eine Flüssigkeit mit hohem hydrostatischen Druck mehr Gas lösen kann, als eine Flüssigkeit mit geringem hydrostatischen Druck. Verringert sich dieser, dann wird das Gas freigesetzt und es entstehen Gasblasen. Vom Ort seiner Entstehung im oberen Erdmantel, steigt das Magma erst einmal aufgrund seines Auftriebs auf: da die Schmelze eine geringere Dichte als das umliegende Gestein hat, kann es wie ein Korken im Wasser aufsteigen. Gleichzeitig dehnt sich das Magma während des Aufstiegs weiter aus und es kommt zur Dekompression. Es entstehen immer mehr Gasblasen die immer schneller aufsteigen und das umgebende Material mit sich reißen. Das Magma durchbricht die Oberfläche und eruptiert. Meistens funktioniert der Prozesse jedoch erst einmal bis in ungefähr 5 km Tiefe. Dann ist der Auftrieb des Magmas meistens so schwach, dass es Gestein nicht mehr brechen kann. Daher sammelt sich das Magma für gewöhnlich in dieser Tiefe und verweilt solange, bis sich etwas im Gesteinsbrei verändert. Normalerweise kommt es zur langsamen Abkühlung mit magmatischer Differentiation. Es bilden sich Kristalle, mit der Folge, dass sich nicht nur der Chemismus der Restschmelze ändert, sondern auch die Rheologie und der Druck. Neue Gasblasen entstehen und treiben das Magma nach oben, wobei eine weitere Verringerung der Dichte und des hydrostatischen Drucks eine Beschleunigung der Gasbildung bedingen, so das der Prozess explosionsartig abläuft und viel Energie freisetzen kann.

Eruptionssäule

Eine Eruptionssäule einsteht bei explosiven Eruptionen und beschreibt die vertikal aufsteigende Asche-Gas-Wolke über einem Vulkan. Im Extremfall kann eine Eruptionssäule bis in die Stratosphäre aufsteigen. Bei sehr starken (plinianischen) Eruptionen kann sich die Vulkanasche mit den Höhenwinden über Tausende Kilometer weit verteilen. Sogenannte Aerosole können sich sogar global in der Atmosphäre ausbreiten und zu einem weltweiten Temperaturrückgang führen.

Im Gegensatz zu einer Aschewolke/Eruptionswolke sind die unterschiedlichen Bereiche einer Eruptionssäule sehr wohl definiert. Eine Aschewolke kann hingegen auch diffus sein.

3 Bereiche einer Eruptionssäule

Mit der Höhe kann eine Eruptionssäule in 3 verschiedenen Bereiche aufgeteilt werden. In diesen Bereichen unterscheidet sich das physikalische Verhalten der Eruptionssäule.

a) Gasschubbereich: das ist der untere Bereich der Eruptionssäule. Hier bewirkt die Gasausdehnung der Explosion, dass das Material aufsteigt. Der Gasschubbereich reicht für gewöhnlich nur einige Hundert Meter hoch. Die größeren Tephra-Partikel fallen aus und die Dichte reduziert sich mit der Höhe.

b) Konvektiver Schubbereich: im mittleren Säulenbereich ist es noch heiß und es geht turbulent zu. Alle größeren Partikel sind ausgefallen und die heißen Gase dehnen sich aus. Dadurch sinkt die Dichte in der Eruptionssäule. Es wird Luft von außerhalb der Eruptionssäule angesaugt. Dieser Effekt sorgt für einen weitern Aufstieg der Eruptionssäule. Gut 90% der höhe einer Eruptionssäule fallen diesem Bereich zu.

c) Schirmregion: besonders bei plinianischen Eruptionen bildet sich im oberen Bereich eine ausgeprägte Schirmregion, die an den Kopf eines Atompilzes erinnert. Hier sind Dichte und Druck zwischen der Eruptionswolke und der Atmosphäre fast ausgeglichen. Eine weitere Aufwärtsbewegung wird nur noch durch den Bewegungsimpuls gesteuert. Die Wolke wird vom Höhenwind verdriftet, wodurch sie asymmetrisch werden kann.

Unter bestimmten Bedingungen kann es zum Kollaps der Eruptionssäule kommen. Dann können pyroklastische Ströme (pyroklastische Dichteströme/ Surges) entstehen. Besonders wenn es zu einem Nachlassen des Gasschubs kommt, oder wenn sich die Gastemperatur ändert, kann es zum Kollaps kommen. Die pyroklastischen Ströme können große Strecken zurücklegen und gelten als eine der größten Vulkangefahren.

Exhalation

Als Exhalation eines Vulkans bezeichnet man das Ausströmen von Dämpfen und Gasen. Gelegentlich kann in der Exhalation auch etwas Vulkanasche enthalten sein. Dann ist der Übergang zur Eruption fließend und nicht klar definiert. Die Exhalation vulkanischer Fluide kann ein seismisches Signal verursachen. Besonders in den Berichten aus Indonesien und Mexiko werden Exhalationen aufgeführt.

Fluide, magmatisch

Fluide sind fließfähige Substanzen, welche sich unter dem Einfluss von Scherkräften kontinuierlich verformen und deren Schubmodul null ist. Physikalisch betrachtet sind das Gase und Flüssigkeiten. Im Zusammenhang mit dem Vulkanismus spricht man von Fluiden bei Gasen und Flüssigkeiten aus im Erdinneren, die der Gesteinsschmelze Magma entweichen. Dies sind die  magmatischen Fluiden. Manchmal wird Magma selbst als Fluid betrachtet. Magmatische Fluide können als Einschlüsse im Gestein erhalten bleiben. Die mikroskopische Analyse dieser Flüssigkeitseinschlüsse verraten dem Mineralogen einiges über die Geschichte des Gesteins. Von besonderer Bedeutung sind sie nicht nur in magmatischen Gesteinen, sondern auch in Metamorphiten. Zudem helfen Fluideinschlüsse bei der Rekonstruktion von mineralischen Lagerstätten.

Magmatische Fluide und volatile Phasen

Eines der häufigsten magmatischen Fluide ist Wasser (H2O), welches im Gestein enthalten ist. Das vulkanische Gestein Basalt kann als Magma bis zu 2% H2O enthalten. Granit und Rhyolith enthalten bis zu 6% Wasser. Besonders, wenn sich die Druck- und Temperaturbedingungen ändern, denen die Gesteinsschmelze ausgesetzt ist, können Wasser und andere volatile Phasen entweichen. Zu diesen volatilen Phasen zählen die leicht flüchtigen Komponenten Kohlendioxid CO2 und Schwefeldioxid (SO2), aber auch Schwefelwasserstoff (H2S) und Chlorwasserstoff (HCl). Alkali-Chloriden und Metallverbindungen zählen ebenfalls zu den volatilen Phasen, da sie bei den hohen PT-Bedingungen im Erdmantel in einem überkritischen Zustand vorliegen. Sie verhalten sich wie Fluide. Am Vulkan können diese Komponenten als vulkanische Gase entweichen.

Einer besonderen Bedeutung bei der Bildung von Gesteinsschmelzen spielt das Wasser. Schon relativ geringe Mengen H2O können die Schmelztemperatur von Gesteinen herabsetzen. So schmilzt Granit schon bei 650 Grad, anstelle von 1035 Grad. Das Wasser muss nicht unbedingt aus den Gesteinen entweichen. Jüngst fanden Forscher heraus, dass entlang von Subduktionszonen Unmengen Meerwasser verschwindet und wahrscheinlich in den Erdmantel abtaucht. Schon seit längerem war bekannt, dass der subduzierten ozeanische Kruste marine Sedimente aufliegen, die viel Wasser enthalten. Dieses Wasser wird im Erdmantel freigesetzt und ermöglicht das partielle Schmelzen der Gesteine dort.

Fumarole

Bei einer Fumarole handelt es sich um eine kleine Öffnung im Erdboden, aus der Wasserdampf und heiße vulkanische Gase austreten. Bei den vulkanischen Gasen handelt es sich oft um schweflige Gase wie Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff. Solche schwefligen Fumarolen werden in Italien Solfataren genannt. Die Temperatur der Fumarolen schwankt normalerweise zwischen 100 und 800 Grad Celsius. Im Extremfall können sie bis zu 1000 Grad heiß werden. Liegen die Gastemperaturen deutlich unter 100 Grad spricht man von Mofetten.

Gefahren einer Fumarole

Die Gase der heißen Fumarolen sind mit Vorsicht zu genießen. Zum einen kann man sich an den Gasaustritten Verbrennungen zuziehen, zum anderen sind schweflige Gase und Chlorverbindungen gesundheitsschädlich. Besonders Augen und Lungen sollten geschützt werden, wenn man sich den Gasen aussetzt. Es gibt sogar Fumarolen deren Gase Fluor enthalten. In Verbindung mit Wasserstoff und Wasser könnte Flusssäure entstehen.

An der Erdoberfläche kühlen die Fumarolen-Gase schnell ab und kondensieren. In Verbindung mit Wasser entstehen aus den Gasen Säuren. Besonders, wenn sich die Gasaustritte am Grund eines Kratersees befinden, wird das Seewasser schnell extrem sauer. Ist wenig Wasser enthalten, dann kondensieren die verschiedensten Mineralien am Rand der Fumarolen. Schwefelkristalle und Salpeter sind weit verbreitet. An manchen Vulkanen entstanden Lagerstätten, die z.T. heute noch abgebaut werden. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist der Kawah Ijen auf der indonesischen Insel Java. Die fumarolischen Gase werden am Rand eines Säuresees durch Rohre geleitet und gekühlt, so dass besonders viel Schwefel kondensiert und sich in mächtigen Bänken ablagert. Tatsächlich sind die Gase so heiß, dass sie mit blauer Flamme brennen. Auch der Schwefel entzündet sich immer wieder.

Manchmal sammelt sich in flachen Senken um Fumarolen Wasser an. Dann entstehen Mudpools (Schlammtümpel). In einigen dieser unwirtlichen Wasserbecken gibt es primitive Lebensformen die Thermophile genannt werden.

Gasaustritte und Vulkanologie

Für den Vulkanologen sind Fumarolen und Mofetten wichtig, da sie Fenster in das Innere eines vulkanisch/magmatisch aktiven Gebiets darstellen. An Fumarolen lassen sich Gasproben sammeln. Die chemische Zusammensetzung der Gase kann Hinweise über den Zustand des Vulkans liefern. Die Temperaturmessungen lassen Rückschlüsse darüber zu ob Magma aufsteigt. Wird das Gas über 500 Grad heiß, gilt ein baldiger Ausbruch als wahrscheinlich. Oft markieren Fumarolen, dass sich ein Vulkan im zwischenvulkanischem Stadium befindet. Das Vorhandensein von Mofetten deutet an, dass eine Eruption mitunter Jahrtausende her ist, oder sich erst in Jahrtausenden ereignen wird.

Gefahrenkarten

Gefahrenkarten gibt es in den verschiedensten Ausführungen und zeigen besonders gefährdete Gebiete auf einer Landkarte. Es gibt Karten für die unterschiedlichsten Gefahren, wie Hochwasser, Erdrutsche und Stürme. In unserem Kontext markieren sie entweder Regionen mit einem besonders hohen Erdbebenrisiko, oder die Gefahrenzonen um einen aktiven Vulkan.  So hat praktisch jeder aktive Vulkan in bewohnten Gegenden seine eigenen Gefahrenkarte. Auch für seismisch aktive Zonen gibt es sie. In den Gefahrenkarten fließt oft die Arbeit vieler Geowissenschaflter ein, die jahrelang Grundlagenforschung betrieben haben.

Gefahrenkarten für Vulkane

Gefahrenkarte Vesuv. © L. Lirer, P. Petrosino, I. Alberico via semanticscholar.org

Um die Gefahrenkarte eines Vulkans zu erstellen, ist es nötig den Vulkan genau zu kartieren. Dazu wird die Morphologie des Vulkangebäudes erfasst. Wo gibt es Instabilitäten, Schluchten, oder Bachläufe? Die Ablagerungen vergangener Eruptionen werden in einer geologischen Karte eingezeichnet. Ignimbrit-Schichten dokumentieren, dass der Vulkan pyroklastische Ströme erzeugen kann und zeigen, wie weit diese flossen. Natürlich werden auch erkaltete Lavaströme kartiert. Alle Informationen werden dann in einer Risikoanalyse erfasst und Zonen definiert, in denen es mehr, oder weniger gefährlich ist. Erwacht ein Vulkan, dann werden die Anwohner in den am meisten gefährdeten Zonen als erstes evakuiert.

Erdbebenkarten

Gefahrenkarte Erdbeben DeutschlandGefahrenkarten für Erdbeben sind meistens großflächiger angelegt, als jene über Vulkane. So gibt es zum Beispiel eine Gesamtkarte für die Erdbebengefährdung in Deutschland. Über farbige Codes werden die Zonen mit einem entsprechenden Erdbebenrisiko angezeigt. Berücksichtig werden dabei auch die entfernungsabhängigen Intensitäten in größerer Entfernung eines dominanten Störungssystems. Als Basis für diese Karten dienen nicht nur tektonische Kenntnisse, sondern auch das Wissen um historische Erdbeben und um die aktuelle Seismizität der Region. Die Gefahrenkarten werden von Zeit zu Zeit aktualisiert. Die hier gezeigte Deutschlandkarte stammt aus dem Jahr 2018. Hier flossen historische Daten der letzten 1000 Jahre ein. Die Forscher stellten fest, dass zahlreiche Erdbebenüberlieferungen, die in der vorherigen Karte berücksichtigt wurden, falsch waren und dass Erdbeben oft fehlinterpretiert wurden.

Geodynamo

Der Geodynamo ist ein Modell, dass herangezogen wird, um die Entstehung des Erdmagnetfelds zu erklären. Unter dem Einfluss physikalischer Kräfte rotiert im Äußeren Erdkern leitfähige Materie (geschmolzene Metalle) schraubenförmig. Zudem umhüllt die Metallschmelze den Inneren Erdkern aus festem Metall. Hierdurch entsteht ein Strom, der das Erdmagnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld ist selbsterhaltend.

Die schraubenförmigen Strömungen in der Metallschmelze soll durch Temperaturunterschiede im Erdinnern entstehen. Gravitation und Erdrotation dienen als zusätzlicher Antrieb der Metallströmungen. Dieses Modell wurde in einem Versuchsaufbau mit flüssigem Natrium simuliert. Der Versuch wurde am Forschungszentrum Karlsruhe durchgeführt.

Frühere Überlegungen, dass es im Erdkern einen Permanentmagneten geben könnte, wurden mittlerweile widerlegt: der Erdkern ist 6000 Grad Celsius heiß. Bei solchen Temperaturen kann es keinen Permanentmagneten geben.

Der Geodynamo erzeugt das Erdmagnetfeld der Erde, welches die Erdoberfläche vor dem Bombardement mit kosmischer Strahlung schützt. Primär sind es Partikel des Sonnenwindes, die Auswirkungen auf Klima und Lebewelt haben können. Treffen besonders viele Sonnenwindpartikel auf der Erdmagnetfeld entstehen Polarlichter.

Der Geodynamo steht in direkter Wechselwirkung mit den Gesteinsschmelzen im unteren Erdmantel. Dort bilden sich Konvektionszellen aus Gesteinsschmelze, die für die Kontinentalwanderung verantwortlich sind. Sie bedingen auch einen Großteil des Vulkanismus auf der Erde. Die strömende Metallschmelze im Äußeren Erdkern gibt nicht nur Energie an die Konvektionszellen im unteren Erdmantel ab, sondern könnte auch Mantelplumes anheizen. Wissenschaftler der Universitäten von  Jilin und Nevada fanden in einer gemeinsamen Studie heraus, dass Mantelplumes viel tiefer wurzeln, als man bislang annahm. So könnten die Ströme aus geschmolzenen Metall auch Hotspot Vulkane auf Hawaii und anderswo beeinflussen. Zu diesem Schluss kamen die Forscher, weil das leicht flüchtige Element Helium an Hotspot Vulkanen freigesetzt wird. Das Helium scheint im unteren Erdmantel an Eisendioxid gebunden zu sein und bildet dort ein FeO2He Mineral. FeO2He ist nur unter extrem hohen Drucken und Temperaturen stabil, so wie sie im Grenzbereich des Unteren Erdmantel zum Oberen Erdkern vorkommen.

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