Geologie Ein Loch in der Erdkruste

Ein Bohrschiff hat im Pazifik erstmals die obere Kruste der Erde komplett durchstoßen. 1,4 Kilometer unter dem Ozeanboden hat die Bohrspitze sich in eine Lage von erkaltetem Magma gegraben.

Von Axel Bojanowski

Wie Teleskope dienen Bohrlöcher dem Blick in die Ferne. Doch während die astronomischen Geräte Milliarden Lichtjahre weit ins All schauen, haben selbst tiefste Bohrungen bisher nur an der Oberfläche der Erde gekratzt.

Das größte Bohrschiff der Welt ist die Chikyu. Sie soll eines Tages aktive Erdbebenzonen anbohren.

(Foto: Foto: AP)

Nun ist es im Pazifik erstmals gelungen, eine komplette Erdschicht, die obere Kruste, zu durchstoßen. 1,4 Kilometer unter dem Ozeanboden hat die Bohrspitze sich in das Gabbro-Gestein gegraben, eine Lage von erkaltetem Magma.

Bei solchen Bohrungen kommt es nicht primär auf die Tiefe an. Andernorts haben Forscher schon viel tiefer gebohrt, ohne die erste Hülle des Heimatplaneten zu durchdringen. In der Oberpfalz beispielsweise befindet sich das zweittiefste Loch der Welt.

Anfang der 1990er Jahre drang in Windischeschenbach ein Bohrer 9101 Meter in die Erde vor, das entspricht der S-Bahn-Distanz vom Flughafen zum Hauptbahnhof in Frankfurt am Main. Bis zum Mittelpunkt der Erde fehlten 6370 Kilometer - ein Flug fast bis New York. Eigentlich war geplant, in der Oberpfalz noch einige Kilometer tiefer zu bohren. Doch für das Gerät gab es kein Durchkommen, plastisches Gestein in der Tiefe verformte das Loch.

Auf den Kontinenten wird man die Erdkruste vermutlich niemals durchdringen können, sie ist mit durchschnittlich 30 Kilometern einfach zu dick. Unter dem Meeresgrund hingegen beginnt bereits nach wenigen Kilometern der Erdmantel. Er gilt Forschern als äußerst interessante Region, denn dort liegt der Ursprung von Vulkanen und Erdbeben, der Antrieb der Erdplatten und die Quelle von Metalllagerstätten.

Der Vorstoß dorthin hat begonnen. Wie ein internationales Forscherteam in in Science (online) berichtet, haben sie nach sechs Monaten Bohren die obere Erdkruste durchstoßen und sind 100 Meter in die untere Kruste, die Gabbro-Schicht vorgedrungen.

Zum Erdmantel fehlen nun noch zweieinhalb Kilometer. Die Bohrung war eine außerordentliche Geduldprobe. Dreimal machte sich das Schiff Joides Resolution für zwei Monate auf den Weg zum Bohrloch, wo es jeweils wochenlang auf demselben Fleck stand. 23 Bohrmeißel wurden zerschlissen.

"Wir sind erleichtert, dass es geklappt hat", sagt Jochen Erbacher von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe. An einem Dutzend anderer Orte hatte man zuvor vergeblich versucht, die Oberkruste zu durchstoßen.

Zwar war es im vergangenen Jahr im Atlantik gelungen, die untere Kruste anzubohren. Doch das Gestein lag an einem Bruch im Meeresboden offen zutage. Mit den Daten aus dem Pazifik konnten die Forscher erstmals ihr Modell vom Aufbau der oberen Erdkruste überprüfen - und fanden im Wesentlichen, was sie berechnet hatten.

Das war nicht unbedingt zu erwarten. Denn häufig mussten Wissenschaftler nach einer Bohrung ihr Konzept vom Aufbau der Erdschichten revidieren, zum Beispiel in der Oberpfalz.

Die so genannte ozeanische Erdkruste bedeckt 60 Prozent der Erdoberfläche. Sie entsteht an den so genannten Mittelozeanischen Rücken: Dort dringt Magma aus langen Spalten, die von gewaltigen Gebirgszügen gesäumt werden, und drückt den Meeresboden zur Seite. Das Magma erstarrt zu Gestein und muss gleich darauf neuem Magma Platz machen.

Dass ausgerechnet im Pazifik der Vorstoß in die Unterkruste gelang, liegt an der hohen Driftgeschwindigkeit der dortigen Cocos-Erdplatte. Das Magma wird hier relativ schnell nach dem Ausquellen weggeschoben, so dass keine allzu dicke Kruste entstehen kann.

Durch Klüfte dringt Wasser in die neue Erdkruste: In einer Million Jahre zirkuliert das gesamte Meerwasser durch die ozeanischen Böden. Wasser und Gestein verändern sich dabei, in der Erdkruste entstehen Metalllagerstätten - Gold, Silber und Kupfer lagern sich beispielsweise ab. Der Bohrkern aus dem Pazifik liefert den bislang besten Einblick in diese Hexenküche, die Untersuchungen haben aber erst begonnen. ¸¸Wir wollen herausfinden, wie sich die Rohstoffe bilden", sagt Birgit Scheibner von der Universität Göttingen und Teilnehmerin an der Bohrexpedition.

Die neue Bohrung ist ein weiterer Meilenstein des an Glanzlichtern nicht armen Internationalen Tiefseebohrprogramms (IODP). In den vergangenen 40 Jahren wurden rund 2500 Bohrlöcher in die Meeresböden getrieben. Bereits die Untersuchung der ersten Bohrkerne brachte eine Revolution, sie betätigte die Theorie von den wandernden Erdplatten.

Auf folgende Expeditionen sichteten die Forscher gewaltige Energievorräte in Form von Methaneis, fanden urzeitliche Bakterien knapp einen Kilometer unter dem Meeresboden, entdeckten Metalllagerstätten und schauten bei der Analyse der Bohrkerne der Erde ins Tagebuch; längst untergegangene Welten und ihr Klima wurden gleichsam lebendig. Selbst der Kalte Krieg konnte das Programm nicht beeinträchtigen, amerikanische und sowjetische Forscher arbeiteten auf den Expeditionen zusammen.

In den kommenden beiden Jahren beginnt ein neuer Abschnitt des IODP. Während die USA das derzeitige Bohrschiff Joides Resolution vergrößern, chartern die Europäer Spezialschiffe für Bohrkampagnen im Meereis und Flachwasser. Und die Japaner stellen ein neues Bohrschiff in Dienst.

Die 600 Millionen Euro teure Chikyu (japanisch für ¸¸Erde") absolviert derzeit erste Probefahrten. Sie soll mit neuer Technik ihr Bohrgestänge in den Erdmantel senken. Außerdem planen die Forscher mit dem Schiff vor der Küste Japans die Grenze zweier Erdplatten anzubohren - eine unter extremer Spannung stehende Erdbebenzone.