Einleitung
Ob es heute noch sinnvoll ist einen Aufsatz zu schreiben „Warum die Erde bebt?“ ist aus Sicht der konventionellen Geologie nicht gegeben. Alles scheint schon gesagt zu sein. Die Plattentektonik erklärt alles. Seit Alfred Wegener die Verschiebung der Kontinente erkannt hat, sind rund 100 Jahre vergangen. Nachher hat es immerhin 60 Jahre gedauert, bis seine Plattentektonik als allgemein gültig anerkannt wurde. Für die Entstehung der Gebirge gab es nun eine anscheinend plausible Erklärung. Eine Platte schiebt sich unter eine andere und wölbt dadurch ein Gebirge nach dem andern in die Höhe. Und dabei bebt die Erde eben! Dumm daran ist nur, dass die Geologie sich nach wie vor eingestehen muss: Der Antrieb für diese Verschiebung der Platten ist im Detail noch nicht geklärt. Schweizer Geologen haben 2015 die Entstehung der Alpen durch diesen Prozess in Frage gestellt, weil sie herausgefunden haben, dass die logisch erforderlichen Knautschzonen dafür fehlen. http://science.orf.at/m/stories/2808045 Sie meinen, man wird nach anderen Möglichkeiten suchen müssen. Ich habe im Jahre 2006 das erste Mal versucht mit meiner Risstheorie mit Fachleuten zu diskutieren. Damals hatte ich noch keine plausible Begründung, warum es zu den Rissen kommt. Deshalb konnte ich auch keine Zustimmung bekommen, bzw. Interesse für meine Rissthese erlangen. Heute ist das anders. Wann ich das wichtigste Argument für meine Risstheorie einbauen konnte, kann ich heute nicht mehr genau sagen. Aber dieses Detail gab meinen Gedanken einen neuen Schub. Es ist die Tatsache, dass sich die Wärmeleitfähigkeit von Land zu Wasser rund 5 zu 1 verhält. Wasser ist ein 5 Mal schlechterer Wärmeleiter als die Landmasse. Man kann auch sagen das Wasser im Vergleich zum Land ein Isolator ist. Warum diese Tatsache so enorm wichtig ist werde ich später skizzieren.
Globale Gültigkeit
Alle bekannten physikalischen Prozesse verlaufen nach uns bekannten Naturgesetzen. Diese gelten auf der gesamten Erde. Dies gilt auch für die Schwerkraft oder Gravitation mit leichten Abweichungen. Genauso müssen alle Gebirgsbildungen auf der Erde den gleichen Gesetzen gehorchen. Auch wenn dafür unterschiedliche Randbedingungen herrschen, muss es dahinter einen gemeinsamen simplen Grund geben. Vulkane verschleiern diesen Grund etwas. Als Beobachter sollten wir uns nun weit in den Weltraum begeben und den blauen Planeten von draußen betrachten.
Der Beginn der Erde
Vor 4.6 Milliarden Jahren sehen wird die Erde als glühenden Ball der langsam abkühlt. Die umgebende Atmosphäre, bestehend aus allen möglichen Gasen enthält auch den Wasserdampf. Auf der Erde bildet sich eine erste Kruste. Nachdem die Temperatur der Kruste unter 100 Grad Celsius fällt, umgibt ein Wassermantel nun den Erdball. Unter der Kruste brodelt und blubbert es noch. Manche Krustenteile ragen dadurch aus der Wasseroberfläche. Nun beginnt die Tatsache zu wirken, die ich eingangs erwähnte. Das Wasser wirkt wie ein Isolator. Die aus dem Wasser ragenden Teile geben 5 Mal schneller Wärme ab und dies bewirkt, dass sich diese Bereiche schneller abkühlen. Damit bilden sich Bereiche, in denen die Erdkruste schneller dicker wird als jene unter dem isolierenden Wasser. Es bleiben einige Milliarden Jahre Zeit, dass sich die Landmassen zu einem zusammenhängenden Urkontinent verbinden. Der Urkontinent wird rund 35 km dick werden. Die Kruste unter dem Wasser rund 5 km. Darunter verbleibt das Magma im zuerst zähflüssigen und dann flüssigen Bereich. Bis rund 200 Millionen Jahre vor unserer Zeit. Was ist dann passiert? Ich habe lange nachgedacht, wie ich die Situation zeichnerisch darstellen kann. Es war ein Zufall, dass die Grafik nach einem überwältigenden Flug über den Grand Canyon in einem Hotelzimmer von Los Angeles in meinem Kopf entstand. Vielleicht war ich so aufgewühlt und beeindruckt und verbissen. Es muss sich doch darstellen lassen. Wenn man die Zeichnung anschaut, wird man sagen, ja und? 2 Kurven was ist das schon?
Die Zeichnung beschreibt den Zustand am Rand des Urkontinents. Dieser ist umgeben von der ozeanischen Kruste mit der wesentlich dünneren Kruste. Die Kruste unter Wasser bedeckt rund 80 Prozent der Erdoberfläche, den Rest bildet der Urkontinent. Beide schwimmen auf dem flüssigen Magma. Der Übergang ist fließend. Der oberste Teil ist fest mit einem durchschnittlichen Gewicht von 2,8g/cm³. Dann wird die Kruste plastisch, später zähflüssig und dann flüssig. Das flüssige Magma ist mit 4,6g/cm³ etwa doppelt so schwer wie der feste Teil. Beginnen wir die Diskussion der Kurven unten. Es herrscht der gleiche Druck P0. Der Wert ist nicht wichtig. Beachtenswert ist der Verlauf nach oben. Die blaue Kurve ist der Druckverlauf unter der ozeanischen Kruste. Der braune unter dem Land (kontinentaler Druckverlauf). Wir steigen höher und sehen, dass dann im plastischen Teil der kontinentalen Kruste ein höherer Druck herrscht, als unter der ozeanischen. Im plastischen Bereich wirkt der Druck nach allen Richtungen. Damit besteht ein Druck der kontinentalen Platte gegen die ozeanische. Es passiert so lange nichts, solange die ozeanische Platte dem Druck der kontinentalen standhalten kann.Nachdem sich im Laufe der Millionen Jahre sich das Verhältnis zu Ungunsten der ozeanischen Platte immer mehr verschlechtert hat, kam es zum Bruch. Vor 200 Mio Jahren begann sich Südamerika von Afrika zu lösen, ebenso Nordamerika von Europa. Europa bekam die Freiheit sich aufzufalten.
Abschmelzen in der Subduktionszone
Die Geologie bezeichnet die Bereiche, in der die Platten im Pazifik untertauchen, als Subduktionszonen (oder eine destruktive Plattengrenze weil dort Krustenmaterial „vernichtet“ wird ). Der heute bestehende Feuerring rund um den Pazifik erfüllt diese Aufgabe. In dieser Zone wird die ozeanische Platte durch den Druck der Kontinentalplatten aufgeschmolzen. Würden sich die Platten tatsächlich übereinander schieben, wäre es doch der gleiche Vorgang wie er bei der Bildung der Alpen angenommen wird. Doch die Gebirgsketten in den Subduktionszonen fehlen. Wir können festhalten, die ozeanische Kruste kann dem Druck der kontinentalen Platte nicht mehr standhalten und weicht zurück. Die plastischen Ebenen der kontinentalen Masse nehmen auf ihrem Rücken die festen Gesteinsmassen mit. Diese Massen lassen sich nur durch die Bildung von Rissen auseinanderziehen. Gestein ist wie Beton nicht in der Lage Zugspannungen auszuhalten. Risse sind unweigerlich die Folge. Diesen Vorgang habe ich bereits 2006 als Risstheorie bezeichnet, wobei ich in der Folge mit den Rissen die Entstehung von Gebirgen angedeutet habe. Damals habe ich die Entstehung der Risse nicht so erklären können, wie ich es heute tue. Wenn diese Risse entstehen, so ist die Frage erlaubt, was tut sich an diesen Rissen. Um den Prozess auch mathematisch zu beschreiben, habe ich ideale Risse im festen Gestein festgelegt (... solche ideale Risse gibt es natürlich nicht...). Ich verwende dabei die Methode, die Professor Paschke an der Technischen Universität in Wien zur Begeisterung seiner Studenten angewandt hat. Dabei hat er besonders darauf hingewiesen, dass es notwendig ist, Vereinfachungen zu treffen um überhaupt darüber ein mathematisches Modell stülpen zu können. Die Wanderfeldröhre und der MHD-Generator (Plasmagenerator) waren für uns damalige Studenten prägende Erlebnisse. Mit weiteren mathematischen Modellen versuche ich darzustellen, dass die Gebirgsbildung durch ein Übereinanderschieben der Platten nicht funktionieren kann! Ich wollte mit neuen Überlegungen zu einer plausiblen Gesamtstruktur kommen und an diesem Ende wird die Vision sichtbar, wie zukünftige Generationen mit Erdbeben umgehen werden. Noch ist es nicht soweit. Die Frage: Warum die Erde bebt ist noch nicht zu beantworten. Wir müssen zuerst klären, wie sich die Gebirge an den Rissen gemeinsam mit den Tälern bilden.
Ich gehe davon aus, dass sich in einer homogenen kontinentalen Masse 2 ideale Risse gebildet haben. Der ozeanische Rand ist weit entfernt, er spielt für die Überlegung des Spaltenmodells keine Rolle. Der kontinentale Block erzeugt links und rechts von 2 idealen Spalten einen gleichförmigen Druck auf seinen plastischen bzw. flüssigen Untergrund. Der plastische Teil verhindert das Hochfließen des Magma. Nachdem die kontinentale Masse in der Tiefe von 13 - 15 km bereits plastisch wird (max. Bohrtiefe) können wir im Modell 2 ideale Risse von 10 cm Breite und 15 km Höhe annehmen. Die Länge des Risses ist belanglos. Die Risse seien 1m voneinander entfernt. Vor dem Auftreten der Risse hatte das Druckgleichgewicht geherrscht. Der Felsenblock mit 1,2m Breite (15 km Höhe) hat auf das Magma gedrückt und vom Magma den Gegendruck in gleicher Höhe erhalten. Nun, nachdem die Kruste auseinander gedriftet ist, liegt nur mehr ein 1m breiter Felsenblock auf dem gleichgebliebenen Magma Gegendruck. 20 cm sind ja nun eine Luftsäule mit vernachlässigbarem Gewicht. Wir können nun ausrechnen, wie hoch es den 1 m breiten Mittelteil des Modells herausheben muss. Das Volumen des von unten mittels Verfestigung des Magmas neugebildeten Felsens muss das gleiche Volumen bekommen, wie das Volumen der vorher entstandenen Risse (Luft). Erst dann ist das Druckgleichgewicht wieder hergestellt.
Wir können die Rechnung auch vereinfacht mit der Fläche durchführen.
Gesamtfläche der Risse: 15 km * 0,2m = 15000 * 0,2 = 3000 m²
Magma-Ersatzfelsen : 3000m² = h * 1.2m folgt h = 3000/1.2 = 2500 m oder rund 2.5 km
Der Felsblock müsste theoretisch 2.5 km aus dem Boden heraussteigen.
Es gibt theoretisch keine Obergrenze für den heraussteigenden Block. Auch der Mount Everest ist theoretisch möglich.
Wie hoch das Gebirge heraussteigen wird ist von den Randbedingungen abhängig. Das Prinzip ist überall gleich. Der Himalaya profitiert von der großen Umgebungsmasse und erreicht deshalb auch die größten Höhen der Erde. Die Anden, der Hindukusch, als auch die Alpen folgen dem gleichen Prinzip. Wenn wir aus den theoretischen Überlegungen zurückkehren, werfen wir einen Blick auf unsere Alpentäler. Sie sind als das Riss-Bild der Kruste vorstellbar. Der Riss verläuft in etwa der Mitte des Tales und die Ränder rutschen schräg in die sich öffnende Lücke. Binnengewässer senken sich gemeinsam mit dem nach unten rutschenden Gestein und branden eine gewisse Zeit an die Felswände des aufsteigenden Gebirges. Kalk wird herausgewaschen und bildet für die Meerestiere den Schalenbaustein bevor diese Tiere wieder von Sedimentgestein eingeschlossen und versteinert werden. Der Wasserspiegel rutscht weiter nach unten. Die Fossilien werden auf diese Weise in den unterschiedlichsten Höhenlagen zu finden sein. Am Cellon wird diese Höhe 1000 m betragen.
Warum die Erde bebt?
Diese zentrale Frage beantworte ich nun. Die kontinentale Masse driftet auseinander (sehr langsamer Fließvorgang). Es entsteht ein Gewichtsdefizit in der Umgebung des Risses. Der Riss ist verzahnt, einzelne Felsformationen verhindern ein vertikales Gleiten, das für einen Gewichtsausgleich nötig wäre. Es handelt sich dabei um gewaltige Gewichte, die von einigen Blockaden aufgehalten werden. Doch irgendwann brechen auch diese. Das Knistern dieser Abbrüche dürfte von sensiblen Tieren gehört oder gespürt werden. Augenzeugen berichten von Rindern, die sich vor einem Erdbeben von der Kette losgerissen haben. Wenn die letzte Blockade abschert, beginnt der vertikale Verschub mit all seiner Wucht. Die 15 km hohe Felssäule wird hochgedrückt. Stellt sich eine Verengung seitlich in den Weg, werden horizontale Druckwellen erzeugt und damit der Weg freigepresst. Beim Erdbeben in Fukushima ZB wurde Japan um einen halben Meter nach Osten, Richtung Pazifik verschoben.
Kötschach im November 2016
Dipl.Ing Ernst Unterlass
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