~2026-22585-36: /* Die Asthenosphäre */ Krustenplatte ist irreführend, da die Kruste keine Kontinentalplatten "bildet" sondern nur die Lthosphäre. Ich habe es in "Lithosphärenplatten" umbenannt.

2026-04-13T08:30:44Z

Die Asthenosphäre: Krustenplatte ist irreführend, da die Kruste keine Kontinentalplatten "bildet" sondern nur die Lthosphäre. Ich habe es in "Lithosphärenplatten" umbenannt.

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Als '''Oberer Erdmantel''' wird in den [[Geowissenschaften]] jener [[Plastizität (Physik)|plastisch verformbare]] Teil des [[Erdmantel]]s bezeichnet, der die [[Erdkruste]] trägt und unter ihr bis in Tiefen von 410 km reicht. Zählt man (wie meist üblich) auch die sog. [[Mantelübergangszone|Übergangszone]] zum Obermantel, so reicht er bis in etwa 750 Kilometer Tiefe (die Angaben in der Fachliteratur schwanken zwischen 650 und 900 km). Diese Gesteinsschichten umfassen fast ein Drittel des gesamten Mantels, dessen Grenze zum [[Erdkern]] durch verschiedene [[Seismologie|geoseismische]] Methoden mit durchschnittlich 2898 km Tiefe bestimmt wurde.

Der ''gesamte'' Erdmantel hat eine [[Masse (Physik)|Masse]] von etwa 4,08·1024 kg oder rund 68 % der gesamten [[Erdmasse]]. Seine Temperatur nimmt von etwa 300–400 °C an der Mantelobergrenze (heißer unter [[Vulkan]]ketten) bis zum Beginn des Erdkerns auf etwa 3500 °C zu. Damit wird der [[Schmelzpunkt]] vieler Gesteine deutlich überschritten und Teile des Oberen Erdmantels müssten eigentlich bereits [[Verflüssigung|verflüssigt]] sein, würde dort nicht ein extrem hoher [[lithostatischer Druck]] herrschen. So bleibt das Gestein [[in situ]] relativ [[Festkörper|fest]]. Manchmal wird es mit der [[Viskosität]] von [[Siegellack]] verglichen, der sich – über eine Tischkante gelegt – nach einigen Tagen nach unten biegen würde. Dennoch reichen die tiefsten [[Erdbeben]]  bis etwa 600 km hinab, was theoretisch noch nicht völlig geklärt ist.

== Erdbeben und Gesteinsgrenzen ==
Da die Erdkruste je nach [[geografische Koordinaten|geografischer Lage]] auf [[Kontinent]] oder Meer eine Dicke zwischen 10 und 70 km besitzt, hat der obere Erdmantel eine örtlich leicht veränderliche [[Mächtigkeit (Geologie)|Mächtigkeit]] von etwa 700 km ± 30 km.

Die ''obere'' Grenzfläche des Oberen Erdmantels – zur Erdkruste – ist durch eine Änderung der [[Gestein]]e charakterisiert: oben helle [[Granit]]e und andere „saure“ Gesteine (hoher Anteil an [[Quarz]] = SiO2), unten dunkle, „[[Basisches Gestein|basische]]“ [[Basalt]]e und [[Silikat]]e. Wegen des kompakteren Mantelmaterials wächst unterhalb der Kruste die Geschwindigkeit der seismischen Wellen von 6½ auf fast 8 km/s ([[Mohorovičić-Diskontinuität]]). Trotz zunehmender Temperatur von hunderten Graden sind die Gesteine bis in Tiefen von 100 bis 150 km noch [[Festkörper|fest]] und relativ [[Sprödigkeit|spröde]]. Daher wird die oberste Schicht des Erdmantels (durchschnittlich 100 km; [[lithosphärischer Mantel]]) zusammen mit der Erdkruste auch [[Lithosphäre]] genannt (griech. λίθος, ''líthos'' = Stein). Unter den Kontinenten ist sie besonders dick und massiv.

Die Tiefe der möglichen [[unterer Erdmantel|unteren Begrenzung]] des Oberen Erdmantels ist relativ einheitlich. Sie äußert sich durch eine plötzliche Zunahme der [[Dichte]] von etwa 4,2 auf 4,5 g/cm³ – und eine gleichzeitige Änderung der Geschwindigkeit der [[Erdbebenwellen]] von 10 auf 11 km pro Sekunde. Der mit der Tiefe stark ansteigende [[Druck (Physik)|Druck]] (etwa 30 [[Gigapascal]]) verursacht hier einen [[Phasenübergang]] der heißen [[Olivin]]-Minerale vom [[Spinell]] zu noch kompakteren Kristallstrukturen. Seit einiger Zeit kann man ähnlich starke Drücke mit [[hydraulische Presse|hydraulischen Presse]]n erzeugen (siehe Weblinks) und so die möglichen Mantelgesteine eingrenzen.

== Die Asthenosphäre ==
Unter der Lithosphäre beginnt in den nicht vom [[Archaikum]] geprägten Regionen der Erde die [[Asthenosphäre]], die wegen der höheren Temperatur (über 500 °C) eine gewisse [[Plastische Verformung|Plastizität]] besitzt. Diese „nachgiebige, schwache“ Schicht (griech. ''asthenḗs'') reicht 200 bis 300 km tief. Auf ihrer oberen Grenzfläche können sich die Lithosphärenplatten (mit und ohne Kontinenten) langsam verschieben ([[Plattentektonik]]), was nach den Messdaten der [[Erdmessung]] und [[Satellitengeodäsie]] mit 2 bis 20 cm pro Jahr erfolgt.

Eine dünne Zone mit geringerer [[Viskosität]], die auf ein [[partielle Schmelze|teilweises Aufschmelzen]] entlang der [[Korngrenze]]n im Gestein zurückgeht, wirkt als „Gleitmittel“. Sie macht sich für [[Geophysiker]] durch einen lokalen, aber merklichen ''Rückgang'' der seismischen Geschwindigkeiten (P- und S-Wellen) bemerkbar, was zum Namen [[Low-velocity-Zone]] geführt hat.

== Übergangszone zum tieferen Erdmantel ==
{{Hauptartikel|Mantelübergangszone}}
In der Übergangszone zwischen 400 und etwa 700 km Tiefe, wo die meisten Geophysiker den Oberen Mantel enden lassen, haben die [[Seismologe]]n eine Reihe weiterer Schichten entdeckt, an denen die [[Erdbebenwelle]]n geringfügig [[Reflexion (Physik)|reflektiert]] werden. Diese [[Diskontinuität (Geologie)|Diskontinuitäten]] werden meist nach ihrer durchschnittlichen Tiefe bezeichnet (die Angaben können jedoch um bis zu 100 km variieren):
* an der scharfen [[410-km-Diskontinuität]] wandelt sich das [[Olivin]] – das an der Erdoberfläche eine Dichte von etwa 3,3 g/cm³ hat – in eine wesentlich dichtere β-Phase um.
* In etwa 520 km Tiefe ([[520-km-Diskontinuität]]) folgt die γ-Phase ([[Ringwoodit]]) mit einem kleinen Anteil [[kalzium]]haltiger Minerale; als [[Davemaoit]] (CaSiO 3 mit [[Perowskit-Supergruppe#Kristallstruktur|Perowskit-Struktur]]) gibt es sie auch im [[Unterer Erdmantel|unteren Erdmantel]].
* Ab 600–800 km ([[660-km-Diskontinuität]]) schließlich zerfallen die von der Erdoberfläche her bekannten Gesteine und nehmen eine neue, äußerst kompakte Struktur an. Dort vermutet man Temperaturen von ca. 1400 °C bis 1700 °C.
Auf den weiteren 2000 Kilometern bis zum Erdkern – wo das [[Eisen]] beginnt und die Temperatur 3500 °C erreicht – kann die Dichte deshalb nur mehr um 1 Einheit auf 5–6 g/cm³ zunehmen.

== Chemisch-mineralogische Zusammensetzung ==
Die dunklen, [[ultrabasisch]]en Gesteine des Oberen Erdmantels bestehen mit ziemlicher Sicherheit aus verschiedenen Varianten des '''[[Olivin]]''' (Mg,Fe)2SiO4, das durch [[Peridotit]]e ergänzt wird. Letztere setzen sich in variantenreichen Mischungen vornehmlich aus Olivin, [[Orthopyroxen|Ortho-]] und [[Klinopyroxen]] zusammen. Die meisten dieser Minerale gehören zu den Magnesium-Eisen-[[Silikat]]en, und die chemische Grundform der [[Pyroxen]]e ist (Mg,Fe)2Si2O6.

Die oben angeführten Phasenübergänge zwischen 400 und 700 km Tiefe hängen mit der [[Kompressibilität]] des Olivin und dem sehr hohen [[Druck (Physik)|Druck]] der darüber lagernden Erdschichten zusammen. In Tiefen von etwa 700 km werden die o.e. Gesteine aber dennoch instabil und wandeln sich bei Temperaturen vieler hundert Grad und Drücken um 25 GPa (250.000-facher [[Luftdruck]]) in andere [[Mineral]]e um, weil sich ihre innere Struktur verändert ([[Phasentransformation]]).

Gegenüber der [[Erdkruste]] ist der Unterschied des Mantelmaterials aber nicht nur durch die hohen Drücke und Temperaturen bedingt, sondern auch durch verschiedene chemische Zusammensetzungen. Das Mantelgestein hat weniger [[Silizium]]- und [[Aluminium]]-Anteile als die Erdkruste und mehr [[Magnesium]] und auch [[Eisen]]. Daher nennt man die oberen Bereiche des Mantels auch öfters ''[[Sifema]]'' – im Gegensatz zum [[Kontinentale Erdkruste|Sial]] der Kontinentblöcke und zum [[Ozeanische Erdkruste|Sima]] der ozeanischen Kruste. Diese von [[Geologe]]n zwar ungern verwendeten (aber im Schul- und [[Sprachgebrauch]] verankerten) Begriffe darf man sich als körniges, helles [[Festgestein]] wie etwa den [[Granit]] (mittlere SiAl-Dichte ~2,7 g/cm³ oder 2700 kg/m³) vorstellen, bzw. als dunkles, dem [[Basalt]] oder [[Gabbro]] ähnliches SiMa-Gestein mit 3,3 bis 4 g/cm³. Das Material des Oberen Mantels erreicht hingegen in größerer Tiefe bis 5 g/cm³.

== Siehe auch ==
* [[Tiefengestein]], weitere Mantelgesteine: [[Granat]], [[Plagioklas]]
* [[Plutonismus (geologisch)|Plutonismus]], [[Subduktion]], [[Vulkanismus]], [[Mantelkonvektion]], [[differenzielle Rotation]]
* [[E-Modul]]
* [[Lehmann-Diskontinuität]]

== Weblinks ==
* [http://www.uni-koeln.de/math-nat-fak/mineral/museum/4-Peridotite.pdf Mantel-Peridotite und Temperaturen – Univ. Köln] (PDF-Datei; 872 kB)
* [http://www.ifm.rwth-aachen.de/cms/front_content.php?idcat=53 Charakteristika im Erdmantel – TH Aachen]
* {{Webarchiv | url=http://www.geoscience-online.de/redaktion/lernwelten/pdf/ab_vp_m3_b.pdf | wayback=20051227053445 | text=Oberer +unterer Erdmantel}} (PDF-Datei)
* [http://www.innovations-report.de/html/berichte/geowissenschaften/bericht-29131.html Geomechanische Druckversuche mit hydraulischen Pressen]
* [http://www.geologieinfo.de/gesteine/peridotit.html Peridotite und Pyroxenite im Erdmantel]

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[[Kategorie:Erdmantel]]
[[Kategorie:Geophysik]]
[[Kategorie:Geologie]]

Oberer Erdmantel - Versionsgeschichte

~2026-22585-36: /* Die Asthenosphäre */ Krustenplatte ist irreführend, da die Kruste keine Kontinentalplatten "bildet" sondern nur die Lthosphäre. Ich habe es in "Lithosphärenplatten" umbenannt.