Geologie Am Grunde der Erdkruste

Etwa 60 Prozent der Erdoberfläche bestehen aus Gestein, das ursprünglich an mittelozeanischen Rücken untermeerisch als basaltische Lava aus dem Erdinneren hervorquoll. Die daraus erstarrte ozeanische Erdkruste, die auch heute noch unter dem Meer liegt, ist schwer zugänglich und erst begrenzt erforscht. Über ihre Zusammensetzung und ihre Entstehung sind nur wenige Details bekannt. Jetzt ist es gelungen, die Ozeankruste im tropischen Ostpazifik bis zur untersten Schicht zu durchbohren, so daß der Schleier ein wenig gelüftet werden konnte.

Die vulkanischen mittelozeanischen Rücken - beispielsweise jener Höhenzug, der im Atlantik durch Island und die Azoren sowie die Inseln Ascension und Tristan de Cunha markiert wird - spielen für die Plattentektonik eine wichtige Rolle. Sie sind nämlich Spreizungzentren zwischen auseinanderdriftenden Krustenplatten. In ihnen quillt ständig neue Lava aus dem Erdmantel an die unter dem Wasser verborgene Erdoberfläche. Dort kühlt sich die Lava ab und wird zu festem Basaltgestein. Die mittelozeanischen Rücken sind demnach die Geburtsstätten neuer Ozeankruste.

Enstehung der „schwarzen Raucher“

Vom Konzept her scheint das ein einfacher Vorgang zu sein. Im Detail ist jedoch noch weitgehend unbekannt, was sich an den untermeerischen Rücken abspielt. So sorgt beispielsweise die Druckverringerung beim Aufstieg der Lava dafür, daß die Schmelze teilweise „ausfriert“. Es bilden sich also Kristalle, obwohl noch ein großer Teil des Gesteins geschmolzen ist. Außerdem dringt Meerwasser in die Schmelze ein. Das führt zur schnellen Abkühlung, löst aber gleichzeitig auch viele Minerale aus der Schmelze. Dabei entstehen die berühmten „schwarzen Raucher“ am Meeresboden.

Seismische Vermessungen haben ergeben, daß ozeanische Kruste aus mehreren Schichten besteht. Auf eine meist ein bis vier Kilometer dicke Basaltschicht folgt nach unten hin häufig eine Lage, in der die erstarrte Lava von vielen zum Teil vertikalen Gängen durchzogen ist. Daran schließt sich als „Unterkruste“ eine mächtige Schicht aus Gabbro an. Ähnlich wie beim Granit handelt es sich dabei um eine ehemalige Schmelze, die erstarrte, ohne je an die Erdoberfläche gelangt zu sein.

Wie es zu dieser Aufteilung kommt, ist noch weitgehend unbekannt. Zwar gibt es an Land einige Aufschlüsse ehemaliger ozeanischer Kruste, die sogenannten Ophiolite. Sie haben aber meist eine derart bewegte geologische Geschichte hinter sich, daß viele Spuren ihrer Entstehung verwischt wurden.

An die Basis der Erdkruste vordringen

Eine Reihe von Versuchen, die ozeanische Kruste zu durchbohren oder zumindest mit Kernbohrern bis in die Gabbroschicht vorzudringen, um die seismischen Messungen zu bestätigen, sind mißlungen. So mußte bereits vor etwa vierzig Jahren der Versuch, ozeanische Erdkruste im Projekt Mohole bis in den Mantel zu durchbohren, ergebnislos abgebrochen werden. Auch das tiefste bisher im Internationalen Ozeanbohrprogramm gebohrte Loch brachte nicht den gewünschten Erfolg. Dieses 2111 Meter in das Gestein reichende Loch mit der Bezeichnung „504B“ ist in mehreren Abschnitten etwa 800 Kilometer südlich von Panama im Pazifik entstanden.

Im November 2002 unternahm eine internationale Wissenschaftlergruppe von Bord des Bohrschiffes „Joides Resolution“ im Guatemala-Becken 800 Kilometer südwestlich von Nicaragua einen neuen Versuch, an die Basis der Erdkruste vorzustoßen. Dort liegt der Meeresboden in mehr als 3600 Meter Tiefe, und die Erdkruste darunter ist etwa elf Millionen Jahre alt. Die Stelle wurde ausgewählt, weil der ostpazifische Rücken vor mehr als zehn Millionen Jahren außergewöhnlich aktiv war und auf diese Weise in kurzer Zeit viel Erdkruste entstehen ließ. Im Guatemala-Becken sind die einzelnen Schichten relativ dünn, und die Gabbroschicht liegt nach seismischen Messungen nur weniger als 1200 Meter unterhalb des Meeresbodens.

Die erste Bohrung führte zunächst durch eine 250 Meter dicke Schicht aus schlammigen Meeressedimenten und drang dann weitere 500 Meter tief in die Basaltschicht ein. Im Sommer 2005 wurde das Bohrloch vom „Integrated Ocean Drilling Program“ (IODP) auf mehr als tausend Meter vertieft, ohne daß dabei die Gabbroschicht erreicht wurde. Das gelang erst bei der dritten Fahrt im Herbst, an der auch die Petrologen Birgit Scheibner von der Universität Göttingen und Jürgen Koepke von der Universität Hannover teilnahmen. In einer Tiefe von 1407 Metern unter dem Meeresboden stieß man auf das seit langem gesuchte Gestein.

Vergleich mit anderen Meeresgebieten

Der Durchstoß zum Gabbro ist nicht nur eine technische Meisterleistung, denn immerhin mußte das Bohrschiff insgesamt fünf Monate über dem Bohrloch verbringen. Wie die beteiligten Forscher in der Online-Ausgabe der Zeitschrift „Science“ schreiben, hat die vorläufige Untersuchung der Bohrkerne einige überraschende Ergebnisse geliefert. So wurden unter anderem mehrere bis zu 75 Meter dicke homogene Basaltschichten durchteuft, die offenbar jeweils von einem Ausbruch stammen.

Die Lava muß danach wie ein untermeerischer See einige Zeit auf dem Meeresboden gestanden haben. Außerdem erfolgt der Übergang von der reinen Basaltschicht in die mit Gängen durchzogenen Schichten allmählich und nicht abrupt, wie nach den seismischen Messungen zu erwarten gewesen wäre. Die Gänge selbst bestehen aus Gabbro und sind offenbar von unten in die Basalte hineingedrückt worden. Die größte Überraschung fanden die Forscher aber in den Gesteinsproben von der 1500 Meter unter dem Meeresboden liegenden tiefsten Stelle des Bohrlochs. Dort gab es wieder basaltische Lava, die als Gang im Gabbro lag. Sie muß von oben in die Unterkruste eingedrungen sein.

Die endgültige Auswertung der Bohrkerne wird zweifellos noch mehrere Monate dauern. Aber schon jetzt steht fest, daß die ozeanische Erdkruste im Ostpazifik eine schwierige Geburt hatte. Erst wenn andere Meeresgebiete mit vergleichbaren Bohrungen untersucht worden sind, wird sich zeigen, ob die tiefere Erdkruste im Guatemala-Becken tatsächlich repräsentativ ist oder ob es sich um einen Sonderfall handelt.