Wissenschaft

Blick in die Zukunft: Die Erde ohne Plattentektonik

Wie wird unser Planet aussehen, wenn einer der grundlegendsten Prozesse zum Erliegen kommt?Mittwoch, 5. September 2018

Von Robin George Andrews
Der Schlackenkegel Pu'u o Maui ist Teil eines inaktiven Vulkans im Haleakala-Nationalpark auf Maiu, Hawaii, USA.

Die Erde ist ein geologischer Künstler. Dank der Plattentektonik können wir Berge und Ozeane bewundern, erleben furchterregende Erdbeben, verheerende Vulkanausbrüche und sehen neues Land entstehen.

Aber nichts ist für Ewigkeit.

Irgendwann wird sich der Erdmantel so weit abgekühlt haben, dass dieses weltumspannende Förderband zum Erliegen kommen wird. Von diesem Moment an können wir uns vom Kohlenstoffkreislauf verabschieden, und natürlich auch von der langsamen, aber beständigen Veränderung der Landmassen, die einer der treibenden Faktoren der Evolution auf der Erde waren.

Der Mathematiker und Geowissenschaftler Quiming Cheng, der Präsident der International Union of Geological Sciences, hat versucht zu errechnen, wie weit in der Zukunft dieser verhängnisvolle Tag liegt. Seinen Berechnungen zufolge wird der Stillstand in etwa 1,45 Milliarden Jahren eintreten – also deutlich vor dem Anschwellen unserer Sonne zu einem Roten Riesen, der uns in ungefähr 5,4 Milliarden Jahren verschlingen wird.

Seine Studie erschien in „Gondwana Research“ und hat unter Wissenschaftlern eine Kontroverse ausgelöst. Einige Experten sind der Meinung, dass man das Ende der Plattentektonik nicht akkurat vorhersagen kann. Insgesamt stimmen die Wissenschaftler aber darin überein, dass dieses Ende eines Tages kommen wird.

Aber wie wird unser Heimatplanet aussehen, wenn einer der großen planetaren Prozesse den Dienst versagt?

TEKTONISCHES PUZZLE

Um das herauszufinden, muss man zuerst verstehen, wie die Plattentektonik überhaupt funktioniert. Die Erde entstand vor etwa 4,54 Milliarden Jahren in den heißen Feuern des frühen Sonnensystems. Einst war die planetare Masse vollständig geschmolzen und die Hitze, die durch ihre Entstehung und radioaktives Material im Inneren entstand, begann zu entweichen. Als sich der Planet abkühlte, bildeten sich die heutigen Schichten der Erde, darunter auch ein dichter, innerer Kern, ein flüssiger äußerer Kern und das Gestein des unteren Mantels.

Irgendwann im Laufe der letzten 600 Millionen bis 3,5 Milliarden Jahre wurden Platten aus Kruste und oberem Mantel – beide bilden die Lithosphäre – so dicht und kalt, dass sie in den unteren Mantel einsanken und das Zeitalter der Plattentektonik einläuteten. Die Lithosphäre wurde zu einem Puzzle aus Platten, die beständig über die Oberfläche des Planeten wandern und als Triebfeder für geologische Prozesse über und unter dem Meeresboden fungieren.

Am mittelozeanischen Rücken stieg das Material aus dem Mantel auf, dekomprimierte und löste gewaltige Schmelzprozesse aus, durch welche die ozeanische Lithosphäre entstand. Die kälteren und dichteren Ränder der Platten helfen dabei, die Platten von diesen Rücken hinfort und in die Tiefe zu ziehen. Für gewöhnlich tauchen sie unter weniger dichte ozeanische oder kontinentale Platten ab – ein Prozess, der als Subduktion bezeichnet wird. Durch diesen Vorgang entstehen an der Oberfläche explosive Vulkane und neues Krustenmaterial.

Wenn zwei Kontinentalplatten zusammenstoßen, entstehen Gebirgszüge wie die Alpen und der Himalaya. Ströme aufsteigenden heißen Gesteinsmaterials, sogenannte Mantel-Plumes, können manchmal unter kontinentalen oder ozeanischen Platten entstehen – aus diesem stetig in Bewegung bleibenden, schmelzendem Zentrum erwachsen dann ganze Vulkanketten.

In ferner Zukunft wird sich der Mantel aber so weit abgekühlt haben, dass die Platten nicht länger darin einsinken können. Mehrere Studien haben versucht herauszufinden, wann das geschehen wird.

Für seine aktuelle Studie arbeitete Cheng mit mathematischen Modellen, um abzuschätzen, wie schnell sich der Mantel abkühlt. Die Berechnungen basieren auf unserem Wissen über die Intensität der magmatischen Aktivität des Planeten im Laufe der letzten drei Milliarden Jahre. Das ermöglicht ihm zufolge einen Schätzwert für das Ende der Plattentektonik.

AUF DEM WEG IN DEN STILLSTAND

Unabhängig von der Genauigkeit dieser Zahlen wird die Plattentektonik unweigerlich aufhören“, sagt Ken Hudnut, ein Geophysiker des Geologischen Dienstes der USA. Wenn dieser Tag kommt, „könnte das durchaus das Ende der Welt sein, wie wir sie kennen.“

Womöglich würde die Erde einen Zustand erreichen, in dem das vervollständigte Puzzle aus tektonischen Platten nicht weiter einsinkt oder über die Lithosphäre driftet. Es werden keine Gebirge mehr wachsen, aber die Erde wird noch immer eine Atmosphäre haben. Auch die Erosion durch Wind und Wellen wird nicht aufhören und die mächtigen Gipfel und Gebirgsplateaus langsam abtragen. Schlussendlich wird ein Großteil der so abgeflachten Kontinente unter Wasser landen.

Es wird keine Subduktionszonen mehr geben. Auch wenn es nach wie vor gelegentlich zu Erdbeben kommen wird, werden sie eine 7 oder mehr auf der Richterskala nicht mehr erreichen. Der Vulkanismus auf der Erde wird größtenteils der Geschichte angehören, auch wenn einige Vulkane nicht vollständig erlöschen werden.

Der Mars, auf dem die Plattentektonik ebenfalls zum Stillstand kam, hat einige beeindruckende vulkanische Merkmale ausgebildet. Einer davon ist Olympus Mons, der größte Vulkan des ganzen Sonnensystems. Eine aufsteigende Mantel-Plume konnte dort an Ort und Stelle verbleiben und so im Laufe der Zeit eine Menge geschmolzenes Krustenmaterial ablagern.

Der Mantel der zukünftigen Erde wird warm genug bleiben, um das Material im Erdinneren weiterhin umzuwälzen und Material aus oberen Schichten zu schmelzen. Dementsprechend würden wir auf dem Planeten einige ähnliche stationäre Hotspots vulkanischer Aktivität haben, die sich aus Plumes speisen. Keiner dieser Hotspots würde einen so großen Vulkan wie Olympus Mons erschaffen können, da die Erdanziehungskraft dafür zu groß ist und etwas so Gewaltiges und Schweres einfach in die Kruste einsinken würde. Stattdessen wären die Vulkane der künftigen Erde flacher, hätten aber einen deutlich größeren Durchmesser.

Wie auch heutzutage würden Teile der Lithosphäre weiterhin in den darunterliegenden, zähflüssigen Mantel stürzen. Dadurch würde das Material des Mantels an dieser Stelle aufsteigen, die Kruste verformen und einzelne Gebirgsketten und angrenzende Becken bilden. Eine solche Aktivität würde dann auch kleinere Erdbeben und eventuell zusätzlichen Vulkanismus nach sich ziehen.

„Diese Prozesse formen die Oberfläche der Venus“, sagt Robert Stern, ein Experte für Plattentektonik an der University of Texas in Dallas. Schlussendlich würden aber auch diese Mechanismen erstarren, wenn das Gestein sich weiter abkühlt. Damit würden auch die letzten vulkanischen Lichter der Erde erlöschen. Der Mantel wäre dann relativ fest und kühl werden und die Erde „würde zu einem toten Planeten werden, wie der Merkur“, sagt er.

Womöglich würde sich der geschmolzene Erdkern zuvor ausreichend abkühlen, um die Mantelkonvektion – die Umwälzung des festen Erdmaterials – zum Erliegen zu bringen. Damit würde dann auch das schützende Magnetfeld der Erde den Dienst versagen. Die Ströme geladener Teilchen von der Sonne würden die Atmosphäre des Planeten wegreißen. In mehreren Milliarden Jahren würde die Ausdehnung der Sonne zu ihrem Lebensende unsere Ozeane verdampfen lassen.

„Nach dem Niedergang der Plattentektonik gibt es nicht viel, auf das man sich freuen könnte“, so Hudnut. Der Planet wird einfach immer flacher und langweiliger, wie er vorhersagt, bis die „Erde in das fällt, was von der Sonne noch übrig sein wird“.

PROPHETEN DER PLATTENTEKTONIK

Andere Forscher kamen bei ihren Berechnungen auf andere Daten für den Tod der Plattentektonik. Eine Studie aus dem Jahr 2016 nutzte extrem detaillierte, aber vereinfachte Computermodelle und kam so auf einen Zeitpunkt in etwa fünf Milliarden Jahren – also ungefähr zur Zeit des Sonnentodes.

Eine weitere Studie von 2008 basierte auf Daten früherer plattentektonischer Aktivität und kam zu dem Schluss, dass die Plattentektonik periodisch auftritt. Die nächste große Pause würde demnach in 350 Millionen Jahren einsetzen, wenn sich der Pazifik schließt und seine zahlreichen Subduktionszonen erstarren.

„Die Frage ist gut, und ja, sie wird irgendwann aufhören“, sagt Stern. Allerdings widerspricht er den Schlussfolgerungen der aktuellen Studie ganz grundlegend. „Ich glaube keiner Schätzung für einen Todestag der Plattentektonik”, sagt er.

Laut Christopher Scotese, einem emeritierten Spezialisten für Plattentektonik an der University of Texas in Arlington, hätte man sich in der Studie nicht so auf die Abkühlung des Mantels konzentrieren sollen. Stattdessen hätten sich die Bemühungen auf den Subduktionsvorgang und die dort wirkenden Kräfte konzentrieren sollen.

Scotese rechnet nicht mit einem schrittweisen Erstarren der Plattentektonik, sondern eher mit intensiverer Aktivität in den nächsten zwei Milliarden Jahren, bevor das planetare Förderband zum Erliegen kommt. Wenn der Wärmefluss im Mantel nachlässt, so argumentiert er, werden die Platten besonders kalt und dicht werden, sodass die Subduktion schneller abläuft.

Hudnut verweist darauf, dass das Vorhersagen zukünftiger geophysikalischer Ereignisse „eine Herausforderung jenseits der aktuellen menschlichen Fähigkeiten“ sei. Trotzdem betont er, dass es gut ist, vorauszudenken. Obwohl keine der Studien perfekt sei, verdeutlichen sie die Komplexität des Themas, aktuelle Wissenslücken und die Funktionsweise unseres Planeten.

Die höchst unterschiedlichen Modelle “helfen dabei, unsere Vorstellungen darüber auszudefinieren, warum es überhaupt zur Plattentektonik kommt“, so Scotese. „Womöglich können wir Dinge über die Zukunft herausfinden, die wir auf die Vergangenheit anwenden können.“

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht

Wei­ter­le­sen