Was ist eigentlich in der Asthenosphäre?

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Die Asthenosphäre (von griechisch a + sthenos „ohne Festigkeit“) beginnt innerhalb des äußeren Erdmantels 60–210 km unterhalb der Erdoberfläche und erstreckt sich bis in eine Tiefe von 300–410 km. Sie zeichnet sich durch eine zu ihrer Umgebung verringerte Viskosität aus. Während sie durch geologische Prozesse plastisch verformbar ist, sind die Schichten über und unter ihr hart und spröde. Auf der Asthenosphäre schwimmen die starren Lithosphärenplatten. Vulkane werden zum größten Teil aus der Asthenosphäre gespeist.

Von der Zusammensetzung her unterscheidet sich die Asthenosphäre nicht von der des Erdmantels. Hauptbestandteile sind Olivin, Orthopyroxen, Spinell, und Granat. Die Dichte beträgt 3300 kg/m³.

Die dynamische Viskosität der Asthenosphäre lässt sich aus postglazialen Hebungen abschätzen. Sie liegt zwischen 1016 und 1019 Pascalsekunden. Die Viskosität der Kruste ist mit mehr als 1020 Pas deutlich größer. Zum Vergleich: die Viskosität von Glas beträgt ca. 1017 Pas.

Die Fließfähigkeit der Asthenosphäre hängt von der Solidustemperatur und dem Gehalt an Gesteinswasser ab.

Die Solidustemperatur ist die vom Druck (und damit der Tiefe) abhängige Temperatur, bei der das Gestein beginnt, zu schmelzen. Ist in der Asthenosphäre diese Temperatur überschritten, kann das Gestein zu 1–5 % partiell aufschmelzen (Magma). Die Bildung der Schmelze wird vor allem durch die Instabilität wasserhaltiger Silikat-Minerale in dieser Tiefe hervorgerufen. Wasser verursacht bereits in kleinen Mengen eine deutliche Erniedrigung der Solidustemperatur. Es stammt aus dem Orthopyroxen und in geringem Umfang aus dem Olivin. In Gegenwart von Aluminium kann Orthopyroxen größere Mengen Wasser binden, die es bei zunehmenden Druck in einer Tiefe von 100 bis 150 km wieder abgibt.

Seismische Wellen breiten sich innerhalb der Asthenosphäre langsamer aus als in den anderen Erdzonen. Darauf verweist die englische Bezeichnung low velocity zone (LVZ). Je nach Definition ist die LVZ gleichbedeutend mit der Asthenosphäre, oder sie umfasst nur die oberen 100 km. Die Geschwindigkeit der P-Wellen unterhalb der Mohorovičić-Diskontinuität fällt zur Asthenosphäre hin von 8,3 km/s auf weniger als 8 km/s ab. Zum Erdkern steigt sie wieder von 8,3 bis 13,6 km/s. Scherwellen (S-Wellen) werden vom angeschmolzenen Gestein gedämpft. Quelle Wikipedia

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