Mohorovičić-Diskontinuität

Definition und Bedeutung

Die Mohorovičić-Diskontinuität, kurz Moho, ist die Grenzfläche zwischen der Erdkruste und dem Erdmantel. An ihr ändert sich die Laufgeschwindigkeit von Erdbebenwellen sprunghaft; zugleich wechselt die mineralogische Zusammensetzung des Gesteins. Die beiden Grenzen fallen jedoch nicht überall genau zusammen. Deshalb kann der Übergang statt als scharf lokalisierter Sprung auch schrittweise über einen bestimmten Tiefenbereich erfolgen.

Die Moho gehört zu den auffälligsten Diskontinuitäten des Erdkörpers. Eine Diskontinuität ist dabei eine Grenz- oder Übergangszone, an der sich geophysikalische Eigenschaften deutlich verändern.

Gesteine und seismische Eigenschaften

Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen Kruste und Mantel entsteht durch ihre unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und ihre verschiedene Mineralogie. Der Mantel besteht überwiegend aus Gesteinen der Gruppe Peridotit. Die ozeanische Kruste besteht vorwiegend aus Basalt und Gabbro, die kontinentale Kruste aus granitischen Gesteinen.

In vielen Quellen wird fälschlich die höhere Dichte des Mantels als Ursache der höheren Wellengeschwindigkeit genannt. Eine reine Erhöhung der Dichte würde die Geschwindigkeit jedoch senken. Entscheidend ist vielmehr der wesentlich höhere Elastizitätsmodul der Mantelgesteine, der aus der unterschiedlichen mineralogischen Zusammensetzung folgt.

Die Moho entspricht der Kruste-Mantel-Grenze nur näherungsweise. Die durch die sprunghafte Änderung der P-Wellen-Geschwindigkeit definierte Grenze entspricht einer chemischen Änderung. Beispielsweise werden Kumulatgesteine, die sich in Magmenkammern an mittelozeanischen Rücken ablagern, der ozeanischen Kruste zugerechnet, obwohl sie chemisch eher Mantelgesteinen ähneln.

An der Moho ändert sich die akustische Impedanz, also der Widerstand eines Materials gegenüber der Ausbreitung seismischer Wellen, stark und sprunghaft. Daher werden Erdbebenwellen dort nicht nur gebrochen, sondern auch reflektiert. Diese Reflexionen sind in Seismogrammen sichtbar und ermöglichen es, die Lage des Geschwindigkeitssprungs zu bestimmen. P-Wellen sind Longitudinalwellen, S-Wellen Transversalwellen.

Tiefenlage und regionale Unterschiede

Die Tiefe der Moho variiert je nach geologischer Region deutlich:

• Unter den Ozeanen liegt sie im Durchschnitt 5–7 km unter dem Meeresboden; allgemein werden 5–15 km angegeben.
• Unter Kontinentalsockeln und in Küstennähe liegt sie etwa 20–30 km unter Meeresgrund beziehungsweise Landoberfläche.
• Unter kontinentalen Gebieten erreicht sie meist 30–50 km Tiefe; großräumig werden unter Kontinenten 35–50 km genannt.
• In Sachsen liegt sie bei 32 km.
• Unter den Hochgebirgen Himalaya und Anden kann sie 70–80 km tief liegen.

Unter tektonisch aktiven Gebieten kann die Grenze auch deutlich nach oben, also in geringere Tiefe, verschoben sein.

Die wechselnde Tiefenlage hängt mit der unterschiedlichen Entstehung der Erdkruste zusammen. Ozeanische Kruste bildet sich, wenn am mittelozeanischen Rücken aufsteigendes Mantelmaterial erstarrt. Kontinentale Kruste entsteht unter anderem weiterhin durch Magmatismus an Kontinentalrändern, besonders in Subduktions- und Kollisionszonen.

Näherungsweise korreliert die Moho-Tiefe mit der Höhe der Topografie. Die leichtere kontinentale Kruste schwimmt ähnlich wie ein Eisberg im oberen Mantel: Je höher die Gebirge aufragen, desto tiefer reicht ihre sogenannte Gebirgswurzel in den Mantel. Dieser Zusammenhang wird mit Isostasie bezeichnet.

Entdeckung durch Andrija Mohorovičić

Der kroatische Geophysiker Andrija Mohorovičić entdeckte die Diskontinuität im Jahr 1910. Grundlage waren seine Analysen von Seismogrammen des Erdbebens von Pokupsko nahe Zagreb vom 8. Oktober 1909.

Mohorovičić stellte fest, dass einige P- und S-Erdbebenwellen deutlich später eintrafen als erwartet. Er vermutete, dass diese Wellen an einer Grenze in etwa 54 km Tiefe gebrochen worden waren. Spätere Untersuchungen bestätigten die Existenz einer solchen Schichtgrenze: Unter Kontinenten liegt sie in etwa 30–50 km Tiefe, unter Ozeanen ungefähr 5–7 km unter dem Meeresboden.