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Von Erdbeben zur Kontinentaldrift

Der britische Geologe John Milne trug zu Beginn von 1890 entscheidend zur Entwicklung eines akkuraten Seismographen bei, der von Erdbeben ausgelöste Vibrationen aufzeichnen konnte. (Science and Society Picture Library)

 

John Milne, ein Geologe, der an derKaiserlichen Technischen Universität in Tokyo unterrichtete, entwickelte um 1890 zusammen mit Kollegen den ersten präzisen Seismographen, ein Instrument, daß dazu benützt wird, ein Beben der Erde aufzuzeichnen, ein häufiges und manchmal verheerendes Ereignis in Japan. Ein Feuer zerstörte einige Jahre später Milnes Haus, seine Beobachtungsstation und die Erdbebendaten, die er über mehr als ein Jahrzehnt während seines Aufenthaltes in Japan gesammelt hatte. Dies entmutigte ihn, ließ ihn jedoch nicht aufzugeben. Milne kehrte in sein Heimatland England zurück. Am Anfang des Jahrhunderts entwickelte er einen größeren und kühneren Ansatz zum Studium von Erdbeben. Er etablierte ein Netzwerk von 27 Instrumenten, verteilt über das Britische Reich. 1913, im Todesjahr Milnes, waren 40 Stationen um die Welt verteilt und begannen, das globale Erdbebenmuster zu bestimmen.

Ein Seismograph zeichnet Vibrationen auf, die von einer abrupten Bewegung an einer Verwerfung herrühren, was mehrere Arten von seismischen oder "schüttelnden" Wellen erzeugen kann. Diese Wellen beschreiben Vibrationen, die sich vor- und rückwärts, seitwärts und auf und ab bewegen können. Die ersten Seismologen konnten zwei Arten von seismischen Wellen, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, unterscheiden. Primäre oder P Wellen, die abwechselnd die Materie in ihrem Weg zusammenpressen und dehnen, erreichen das Instrument zuerst und erscheinen als wellenförmige Linie auf dem Diagramm. Sekundäre oder S Wellen, die gewöhnlich schlangenartig und im rechten Winkel zu ihrer Bewegungsrichtung oszillieren, bewegen sich langsamer fort und haben ein eher irreguläres Erscheinungsbild auf dem seismographischen Ausdruck. Das Zeitintervall zwischen der Ankunft der zwei Wellenarten erlaubt es, die Entfernung der überwachenden Station zum Epizentrum des Erdbebens zu berechnen, dem Punkt der Erdoberfläche, der über dem unterirdischen Bebenherd oder der Quelle des Schocks liegt. Die Entfernungen von drei seismographischen Stationen können dazu benutzt werden, das Epizentrum zu berechnen und auf einer Landkarte zu lokalisieren.

Dank Milnes Netzwerk war es zum ersten Mal möglich, mit Hilfe von entfernten Spürgeräten, Erdbeben zu identifizieren und lokalisieren, ein bedeutender Beitrag zu Wissenschaft und Gesellschaft. Aber Seismologen erkannten bald, daß die Instrumente es auch ermöglichten, das mysteriöse Innere des Planeten zu erkunden. Eine Anzahl von Forschern hatte bei Beginn des ersten Weltkrieges das Verhalten seismischer Wellen studiert und daraus geschlossen, daß die Erde aus konzentrischen Schichten zusammengesetzt ist: einem inneren Kern (obwohl darin Uneinigkeit bestand, ob er fest oder flüssig war), umhüllt von einer Zwischenschicht aus dichtem Gestein, dem Mantel, der sich ungefähr 30 Meilen unterhalb der äußersten Oberfläche befand.

Ein deutscher Meteorologe verursachte Aufruhr in der Welt von Geologie gemessen am damaligen Bildungsstand mit seiner kühnen Theorie über die Beschaffenheit der Erdoberfläche. Alfred Wegener veröffentlichte 1915 "Die Ursprünge der Kontinente und Ozeane", und beschrieb darin erstmals das rätselhafte Zusammenpassen der Ausbuchtung Brasiliens mit der Einbuchtung Südwestafrikas. Er argumentierte, daß die zwei Kontinente einmal verbunden gewesen waren und später auseinandertrieben. Als zusätzlichen Beweis für eine kontinentale Verschiebung, oder kontinentale "Drift" wie das ursprüngliche deutsche Wort übersetzt wurde, zitierte Wegener Fossilien des Mesosaur, eines 270-Million-Jahre-alten Reptils, die nur im Osten Südamerikas und dem Westen Afrikas gefunden werden. Die meisten Geologen seiner Zeit erklärten sich diese Funde mit einer verbindenden Landbrücke, die später im Meer untergegangen war. Wegener hingegen postulierte, daß die Mesosaurknochen an diesen voneinander entfernten Stellen gefunden wurden, weil diese Gebiete vor ungefähr 125 Million Jahren auseinandergebrochen waren, was die Gruppen von Mesosaurfossilien langsam getrennt hätte. Die heutigen Kontinente stammten von einem Superkontinent, den er Pangaea nannte.

Der deutsche Meteorologe Alfred Wegener veröffentlichte 1915, was später als Theorie der Plattentektonik bekannt wurde. Er schlug darin vor, daß die Kontinente einst Teil eines Superkontinentes, den er Pangaea nannte, waren. Ohne einen überzeugenden Mechanismus für eine Bewegung der Kontinente um den Globus, hatte Wegeners Theorie jedoch über mehr als vierzig Jahre hinweg wenig Verfechter. (Abbildung entnommen von "Earth: Past and Present" von Graham R. Thompson, Jonathan Turk, und Harold L. Levin, Urheberrecht 1995, Harcourt, Inc., reproduziert mit Erlaubnis des Verlages. Foto: Alfred Wegener Institut für Polar- und Marinforschung)

Der Meteorologe war sich nicht sicher, wie sich diese riesigen Tafeln bewegen, aber schlug vor, daß sie durch die Zentrifugalkraft der Erde und dem Gravitationdruck der Sonne und des Mondes durch die ozeanische Kruste getrieben werden. Viele einflußreiche Geophysiker bestritten überzeugend, daß solche Mechanismen ausreichend wären. Ein Anhänger der Theorie, Arthur Holmes aus England, schlug jedoch 1929 vor, daß der Konvektionsstrom aufgeheizten Gesteines im Mantel unter der Erdkruste die erforderliche Treibkraft bereitstellen könnte. Wenn sich Gesteinsmaterial tief im Mantel aufhitzt, reduziert sich seine Dichte und es steigt zur Oberfläche, wo es abkühlt und absinkt, nur um wieder aufgeheizt zu werden und wieder aufzusteigen. Ohne weitere Beweise für so einen Mechanismus gewann die Theorie der Kontinentaldrift jedoch wenige Anhänger.

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