Seismologie und Vulkanologie: In das Innere der Erde schauen

Ist das Festland wirklich fest?

Nein, denn das, was wir als festen Erdboden unter unseren Füßen empfinden, schwimmt in Wirklichkeit auf dem zähflüssigen Erdinneren.

Verglichen mit den anderen Schichten, aus denen die Erde zusammengesetzt ist, ist diese Kruste hauchdünn – an ihrer dicksten Stelle erreicht sie gerade einmal 50 Kilometer. Die Erdkruste kann sich deshalb bewegen, weil sie in verschiedene Platten zerbrochen ist, die durch tektonische Prozesse langsam, aber unaufhörlich verschoben werden.

Der Geophysiker und Meteorologe Alfred Wegener (1880–1930) formulierte als Erster die Theorie der Kontinentalverschiebung. Ein Blick auf den Globus hatte ihn Anfang des 20. Jahrhunderts auf eine unerhörte Idee gebracht: Gäbe es den Südatlantik nicht, dann würde die Ostküste Brasiliens fast exakt in den westafrikanischen Golf von Guinea passen. Könnte es nicht sein, dass Südamerika und Afrika tatsächlich in grauer Vorzeit einen gemeinsamen Kontinent gebildet haben, der dann später vom Atlantik getrennt wurde? Für diese Idee sprachen sehr ähnliche Fossilfunde auf beiden Seiten des Atlantiks, dagegen das Unvermögen seiner Zeitgenossen, sich von der Unverrückbarkeit des Festlands zu verabschieden.

Lässt sich die Bewegung der Kontinente messen?

Ja. Erderkundungssatelliten wiesen Geschwindigkeiten von einem bis zehn Zentimetern pro Jahr nach, mit denen die Platten, auf denen die Kontinente liegen, sich aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegen. Und die Richtungen, in die sich die einzelnen Platten verlagern, entsprechen im Wesentlichen denen, die Alfred Wegener – der Entdecker dieses Phänomens – vermutet hat.

Vor der Unterstützung durch Satelliten waren die Geologen auf »irdische« Indizien für Wegeners heute als »Plattentektonik« bezeichnete Theorie angewiesen. Eine erste Bestätigung brachten in den 1950er Jahren Gesteinsproben vom Grund des Atlantiks: Deren magnetische Orientierung ist in ost-westlicher Richtung symmetrisch zur Mitte des Ozeans. Dies zeigt, dass am so genannten Mittelatlantischen Rücken Material aus dem Erdinneren aufsteigt und die östlich und westlich davon gelegene Erdkruste nach außen wegdrückt.

Während in der Mitte der Ozeane neues Krustenmaterial gebildet wird und dieses die Platten auseinandertreibt, stoßen andernorts Platten zusammen. Dabei wird eine der Platten nach unten in den Erdmantel weggedrückt, wo sie aufschmilzt und so den Kreislauf schließt. Auf der Erdoberfläche falten sich an solchen Stellen Gebirge auf, wie etwa die Alpen oder der Himalaya.

Gibt es »Fenster« zum Inneren der Erde?

Ja, und zwar die Grenzen der Kontinentalplatten. Hier entstehen häufig Risse im Untergrund, durch die das heiße Magma, das den größten Teil des Erdinneren ausfüllt, an die Erdoberfläche tritt – meist in einem mehr oder weniger heftigen Vulkanausbruch.

Da zwischen der Lava – wie das an die Erdoberfläche gedrungene Magma genannt wird – und dem Gestein ein Temperaturunterschied von über tausend Grad besteht, wird das im Boden befindliche Wasser überhitzt, bis es schlagartig verdampft. Der Dampf zerreißt das Gestein und schleudert Steinbrocken, Staub und Schlacke bis zu 20 Kilometer in die Höhe, wie beispielsweise 1991 beim Ausbruch des philippinischen Vulkans Pinatubo.

Auch Erdbeben geben Kenntnis von den Aktivitäten im Inneren der Erde. Sie kommen zustande, wenn sich mechanische Spannungen im Gestein unter der Erdoberfläche schlagartig abbauen und die Erde zum Zittern bringen. Und solche Spannungen treten meistens dort auf, wo eine Platte der Erdkruste in ihrer langsamen Bewegung aufgehalten wird, etwa an den Rändern der Kontinentalplatten, an den Hochgebirgen oder an Einsenkungen wie dem Rheintalgraben. Im Gegensatz zu den unvorstellbar langsamen Bewegungen der Platten hüpft und schnellt der Untergrund bei einem Beben in unterschiedliche Richtungen. Scherungen und Stauchungen überlagern sich. Diese Abfolge von Druck und Zug ist es, die die meist verheerenden Schäden verursacht.

Wie gewinnt man Erkenntnisse über Erdbeben?

Mithilfe von Seismographen, mit dem seit dem 18. Jahrhundert die Bodenschwingungen bei Beben aufgezeichnet werden. Dabei wird unter einem beweglich gelagerten Stift langsam ein Papierstreifen vorbeigezogen. Bebt die Erde, so folgt der Stift den Erdschwankungen und schreibt eine gezackte Kurve. Den Ort eines Erdbebens bestimmen Geologen, indem sie Kurven von mindestens drei weit voneinander entfernten Stationen vergleichen. Jedes Erdbeben erzeugt nämlich nur wenige, ganz bestimmte Schwingungen. So genannte Oberflächenwellen breiten sich entlang der Erdoberfläche aus. Aufgrund der Kugelform der Erde benötigen sie am längsten, um einen Seismographen zu erreichen. Tiefenwellen durchqueren dagegen das Erdinnere in einer geraden Linie und treffen daher schneller ein. Da die Geschwindigkeit der Bebenwellen im Erdinnern bekannt ist, lässt sich aus den Zeitdifferenzen die Entfernung des Bebens berechnen und der Ort des Epizentrums bestimmen. Dies ist der Punkt in der Erde, an dem sich die Spannungen entluden.