Was passiert, wenn die Plattentektonik der Erde aufhört?

Der Schlackenkegel Pu'u o Maui ist Teil eines ruhenden Vulkans im Haleakala-Nationalpark auf Maui, Hawaii.

Einer neuen Studie zufolge haben wir möglicherweise nur noch 1,45 Milliarden Jahre Zeit, um die dynamische Wirkung des geologischen Motors der Erde zu genießen.

Es gibt keinen geologischen Künstler, der mit der Plattentektonik der Erde vergleichbar ist. Dank dieser laufenden Operation haben wir Berge und Ozeane, schreckliche Erdbeben, glühende Vulkanausbrüche und jede Sekunde entsteht neues Land.

Aber nichts hält ewig.

Irgendwann wird der Mantel so stark abkühlen, dass dieses weltweite Förderband zum Stillstand kommt. An diesem Punkt können Sie sich vom Kohlenstoffkreislauf verabschieden, ebenso wie von der ständigen Umgestaltung und Neuordnung der Landmassen, die über Äonen hinweg große Treiber der Evolution waren.

Quiming Cheng, ein mathematischer Geowissenschaftler und Präsident der International Union of Geological Sciences, ist der jüngste, der die prophetische Rolle übernimmt und vorhersagt, wann dieser düstere Tag kommen könnte. Er rechnet damit, dass der Shutdown in etwa 1,45 Milliarden Jahren eintreten wird. Das ist lange bevor die Sonne in etwa 5,4 Milliarden Jahren voraussichtlich zu einem Roten Riesen anschwellen und uns in ihrem Todeskampf verschlingen wird. (Deshalb sind Bärtierchen möglicherweise die einzigen Lebensformen, die bis zum Ende der Welt überleben.)

Ein atemberaubender Sonnenuntergang erhellt den Lemaire-Kanal vor der Westküste der Antarktischen Halbinsel. Das Küsteneis des Kontinents bröckelt, während sich das Meer und die Luft um ihn herum erwärmen. Dieses Foto wurde ursprünglich in „Der Zusammenbruch des Larsen-C-Schelfeises ist erst der Anfang – die Antarktis schmilzt“ veröffentlicht.

Die diesen Monat in Gondwana Research veröffentlichte Studie hat Kontroversen ausgelöst, und einige Experten argumentieren, dass wir das Ende der Plattentektonik nie genau vorhersagen können. Die Wissenschaftler sind sich jedoch weitgehend einig, dass ein solches Ende eines Tages eintreten und die Erde auf den Weg zum geologischen Stillstand bringen wird.

Wie wird also unsere Heimatwelt aussehen, wenn diese großen Planetenprozesse ihren Geist aufgeben?

Um das herauszufinden, muss man zunächst verstehen, wie die Plattentektonik funktioniert. Die Erde wurde vor 4,54 Milliarden Jahren in den Scheiterhaufen des frühen Sonnensystems geboren. Sobald es vollständig geschmolzen war, begann die durch seine Bildung und radioaktive Materialien im Gestein erzeugte Wärme zu entweichen. Als der Planet abkühlte, nahm die Erde ihre derzeitige Schichtstruktur an, mit einem dichten inneren Eisenkern, einem flüssigen äußeren Kern und einem spröden oberen Mantel und einer Kruste, die das heiße, plastikartige Gestein des unteren Mantels einschließen.

Vor etwa 600 Millionen bis 3,5 Milliarden Jahren wurden Platten aus der Kruste und dem oberen Erdmantel – zusammen als Lithosphäre bekannt – kalt und dicht genug, um im unteren Erdmantel versinken zu können, was das Zeitalter der Plattentektonik einläutete. Die Lithosphäre wurde in ein Puzzle aus Platten aufgeteilt, die ständig über die Oberfläche des Planeten drängeln und geologische Aktivitäten über und unter den Ozeanen vorantreiben. (Treffen Sie den nächsten Superkontinent, Pangaea Proxima.)

An mittelozeanischen Rücken steigt das Mantelmaterial auf, dekomprimiert und löst ein starkes Schmelzen aus, wodurch ozeanische Lithosphäre entsteht. Die kälteren und dichteren Ränder der Platten tragen dazu bei, diese lithosphärische Platte von diesen Graten weg und in die Tiefe zu ziehen. Sie tauchen normalerweise unter eine weniger dichte ozeanische oder kontinentale Platte in einem Prozess, der als Subduktion bezeichnet wird. Diese Aktivität erzeugt explosive Vulkane und frische Kruste an der Oberfläche.

Kontinentaldrift 101

Wenn zwei Kontinentalplatten kollidieren, knicken sie ein und es bilden sich Gebirgszüge wie die Alpen oder der Himalaya. Aufsteigende Mantelwolken können manchmal unter kontinentalen oder ozeanischen Platten auftauchen, und dieses sich ständig bewegende Schmelzzentrum erzeugt Vulkanketten.

Irgendwann wird der Mantel jedoch so stark abkühlen, dass die Platten nicht mehr darin versinken können, und mehrere Studien haben versucht, vorherzusagen, wann dies geschehen wird.

Chengs neue Arbeit verwendet mathematische Modelle, um abzuschätzen, wie schnell der Mantel abkühlt, basierend auf dem, was wir über die Intensität der magmatischen Aktivität des Planeten von vor drei Milliarden Jahren bis heute wissen. Das, sagt er, gibt uns eine erste Schätzung darüber, wann die Plattentektonik enden wird.

Unabhängig von der Genauigkeit dieser Zahl wird die Plattentektonik unweigerlich untergehen, sagt Ken Hudnut, ein Geophysiker, der beim United States Geological Survey arbeitet. Wenn dieser Tag kommt, „könnte es durchaus das Ende der Welt, wie wir sie kennen, bedeuten“.

Die Erde würde wahrscheinlich in ein Single-Deckel-Regime eintreten, ein vollständiges Puzzle aus gigantischen Platten, die nicht mehr driften oder sinken werden. Die Gebirgsbildung wird aufhören, aber die Erde wird immer noch eine Atmosphäre haben, sodass Erosion durch Wind und Wellen die mächtigen Gipfel in hügelige Hochebenen abtragen wird. Irgendwann werden viele der abgeflachten Kontinente unter Wasser liegen.

Es wird keine Subduktionszonen mehr geben, und obwohl es immer noch hin und wieder zu Erdbeben kommen wird, werden wirklich erderschütternde Ereignisse über einer Stärke von etwa 7 der Vergangenheit angehören. Gleichzeitig würde ein Großteil des explosiven Vulkanismus auf der Welt gelöscht werden – obwohl Vulkane nicht vollständig ausgelöscht würden.

Der Mars, eine Welt gescheiterter Plattentektonik, hat es tatsächlich geschafft, einige beeindruckende vulkanische Erscheinungen zu formen, darunter Olympus Mons, den größten Vulkan im Sonnensystem. Ohne sich bewegende Platten konzentrierte eine langlebige, aufsteigende Mantelwolke reichlich Krustenschmelze auf diesen einen einzigen Punkt.

Während der Mantel der zukünftigen Erde warm genug bleibt, um sich zu konvektionieren und teilweise zu schmelzen, würden wir ähnliche, aber verstreute stationäre Hotspots von durch Rauchfahnen verursachtem Vulkanismus erhalten. Auf der Erde würden wir niemals etwas so Großes wie den Olympus Mons bekommen, da unser Gravitationsfeld zu stark ist und alles, was so massiv und hoch ist, einfach in der Erdkruste versinken würde. Stattdessen wären unsere voluminösen Vulkane flacher und weitaus ausgedehnter.

Und wie es heute geschieht, würden sich weiterhin Teile der unteren Lithosphäre ablösen und in besonders heiße Teile des Mantels fallen. Dies würde dazu führen, dass Mantelmaterial an seiner Stelle aufsteigt, die Kruste nach oben drückt und isolierte Gebirgsketten und zugehörige Becken bilden. Diese Aktivität würde kleinere Erdbeben und möglicherweise sogar weitere Vulkanausbrüche verursachen.

„Das sind die Prozesse, die die Oberfläche der Venus formen“, sagt Robert Stern, Experte für Plattentektonik an der University of Texas in Dallas, und verweist auf eine andere Welt ohne voll funktionsfähige Plattentektonik. Aber irgendwann, wenn die Abkühlung weiter voranschreitet, werden auch diese Mechanismen aufhören zu funktionieren und die letzten vulkanischen Lichter des Planeten werden ausgelöscht. Der Mantel wird relativ kalt sein und die Erde wird „ein toter Planet wie Merkur“, sagt er.

Vielleicht kühlt sich der flüssige Kern der Erde kurz vorher so weit ab, dass die Konvektion beendet wird, was dazu führt, dass das schützende Magnetfeld des Planeten versagt. Der Strom energiereicher Teilchen der Sonne wird unsere Atmosphäre zerstören und seine Ausdehnung wird die Ozeane zum Kochen bringen.

„Nach dem Ende der Plattentektonik gibt es nicht mehr viel zu erwarten“, sagt Hudnut. Der Planet werde immer flacher und langweiliger, prognostiziert er, bis „die Erde in die Überreste der Sonne spritzt“.

Andere Forscher haben andere plattentektonische Todesdaten ermittelt. Eine Studie aus dem Jahr 2016 nutzte äußerst detaillierte, aber vereinfachte Computersimulationen, um das Enddatum auf fünf Milliarden Jahre zu beziffern, was ungefähr dem Zeitpunkt des Untergangs der Sonne entspricht.

In einer anderen Arbeit aus dem Jahr 2008 wurden Hinweise auf frühere plattentektonische Aktivitäten herangezogen, um darauf hinzuweisen, dass die Plattentektonik intermittierend ist. Die Autoren sagen voraus, dass die nächste große Pause in 350 Millionen Jahren stattfinden wird, wenn sich der Pazifische Ozean schließt und seine vielen Subduktionszonen deaktiviert werden.

„Die Frage ist gut, und ja, sie wird irgendwann enden“, sagt Stern. Mit der Argumentation der neuen Studie ist er jedoch grundsätzlich nicht einverstanden. „Ich glaube nicht an einen geschätzten Todeszeitpunkt der Plattentektonik“, sagt er.

Christopher Scotese, ein emeritierter Spezialist für Plattentektonik an der University of Texas in Arlington, meint, dass sich die Arbeit nicht auf die Mantelkühlung hätte konzentrieren sollen. Stattdessen hätte man sich bei seinen Bemühungen auf den Slab-Pull-Mechanismus stützen sollen, denn „Slab-Pull-Regeln“.

Statt einer allmählichen Verlangsamung prognostiziert Scotese, dass sich die Plattentektonik in den nächsten ein bis zwei Milliarden Jahren verstärken wird, bevor das Förderband endet. Er geht davon aus, dass die Platten extrem kühl und dicht werden, wenn der Wärmefluss im Mantel abnimmt, wodurch sie schneller subduzieren können.

Hudnut weist darauf hin, dass die Vorhersage zukünftiger geophysikalischer Ereignisse selbst kurzfristig „eine Herausforderung darstellt, die über die derzeitigen menschlichen Fähigkeiten hinausgeht“. Dennoch betont er, dass es gut sei, vorauszudenken. Und obwohl keines der Vorhersagepapiere perfekt ist, verdeutlichen sie doch die Komplexität des Themas und die interessanten Lücken in unserem Wissen darüber, wie unser Heimatplanet funktioniert.

Die sehr unterschiedlichen Modelle „helfen dabei, unsere Vorstellungen darüber zu klären, warum Plattentektonik überhaupt stattfindet“, sagt Scotese. „Vielleicht gibt es Dinge, die wir über die Zukunft herausfinden und die sich auf die Vergangenheit übertragen lassen.“