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Nadias Papier-Erde: Wo Vulkanmagma wirklich entsteht
Nadia glaubt, dass Magma aus dem Erdkern nach oben strömt – bis ein maßstabsgetreues Modell der Schichten ihr zeigt, dass die Erdkruste dünner ist als ein Bleistiftstrich und der Erdmantel aus festem Gestein besteht. Mit einem Eis-Salz-Experiment und einer Heißwassersäule finden sie und Tomas heraus, wo Magma wirklich entsteht und warum es aufsteigt.
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Nadias sechste Klasse baute eine riesige Erde aus Papier, die aufgeschnitten war, damit jeder die Schichten im Inneren sehen konnte. Ihre Aufgabe war es, zusammen mit ihrem Freund Tomas zu zeigen, woher Vulkane ihr Magma bekommen. Nadia schnappte sich einen roten Filzstift und zeichnete ein dickes Rohr vom glühenden Zentrum geradewegs hinauf zu einem Berg auf der Oberfläche. „Magma kommt aus dem heißen Kern“, verkündete sie. Tomas legte den Kopf schief und fragte, wie lang dieses Rohr in Wirklichkeit wäre.
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Nadia maß einen Faden ab, der von der Mitte des Papierkreises bis zu seinem Rand gespannt war: zweiunddreißig Zentimeter. Der tatsächliche Radius der Erde beträgt etwa sechstausendvierhundert Kilometer. „Jeder Zentimeter auf unserem Papier steht also für zweihundert Kilometer“, sagte sie und rechnete im Kopf. Dadurch war der Erdmantel auf ihrem Kreis etwa vierzehneinhalb Zentimeter dick. Der flüssige äußere Kern kam auf etwa elf Zentimeter und der feste innere Kern auf etwa sechs.
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Dann berechnete Nadia die Kruste. Unter den Kontinenten ist sie etwa fünfunddreißig Kilometer dick, was auf ihrem Kreis auf weniger als zwei Millimeter zusammenschrumpfte. Ihr rotes Rohr müsste den gesamten Erdmantel durchqueren – fast dreitausend Kilometer festes Gestein, das sich jedes Jahr nur wenige Zentimeter weit kriecht. Tomas holte den Schaumstoffglobus der Klasse herüber, auf dem rote Stecknadeln die Vulkane der Erde markierten. Die meisten Nadeln reihten sich entlang der aufgemalten Risse zwischen den tektonischen Platten auf.
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Nadia strich ihr Rohr durch. Wenn Magma in der Nähe von Plattenrändern entsteht, muss dort irgendetwas dazu beitragen, dass festes Gestein schmilzt. Sie erinnerte sich daran, dass dort, wo eine Platte unter eine andere gleitet, die absinkende Platte Meerwasser mit in die Tiefe reißt. Könnte Wasser dafür sorgen, dass heißes Gestein leichter schmilzt? Echtes Mantelgestein in die Klasse zu bringen war unmöglich, also plante sie einen Ersatzversuch mit zwei Eiswürfeln aus derselben Form und einem Löffel Salz.
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Nadia legte jeweils einen Eiswürfel auf zwei Untertassen und salzte nur den linken. Das Eis stand für das Mantelgestein und das Salz für das Wasser, das von der absinkenden Platte mit in die Tiefe transportiert wird. Nach zehn Minuten lag der gesalzene Würfel in einer breiten Pfütze, während der andere Würfel nur von einem dünnen Wasserfilm bedeckt war. „Salz hat den Schmelzpunkt des Eises gesenkt“, sagte Tomas. „Wasser könnte den Schmelzpunkt von heißem Gestein auf ähnliche Weise senken.“
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Als Nächstes mussten sie herausfinden, warum Magma durch kilometerlanges Gestein nach oben steigt. Tomas füllte ein hohes Glas mit zimmertemperiertem Wasser. Nadia füllte eine kleine Flasche mit kaltem Wasser aus dem Kühlschrank, gab rote Lebensmittelfarbe hinzu und ließ die offene Flasche auf den Boden des Glases hinab. Das rote Wasser floss heraus und breitete sich wie eine Pfütze auf dem Boden des Glases aus. „Kaltes Wasser hat eine höhere Dichte, deshalb bleibt es unten“, sagte Nadia stirnrunzelnd.
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Nadia spülte die kleine Flasche aus und füllte sie mit heißem Leitungswasser und zwei Tropfen roter Farbe neu. Diesmal stieg eine rote Wolke aus der Flasche empor und breitete sich oben im Glas aus. Warmes Wasser nimmt etwas mehr Platz ein als dieselbe Menge kühles Wasser, hat also eine geringere Dichte und steigt nach oben. Magma steigt auf ähnliche Weise auf, weil geschmolzenes Gestein eine geringere Dichte hat als das feste Gestein um es herum.
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Die Kruste war zu dünn, um Details darauf zu malen, also schnitten sie einen langen Papierstreifen aus, um eine Nahaufnahme von nur den obersten zweihundert Kilometern zu zeigen. Darauf malte Nadia eine ozeanische Platte, die in einem sanften Winkel unter einen Kontinent gleitet. Etwa einhundert Kilometer tief, genau über der absinkenden Platte, tupfte sie eine rote Blase aus neuem Magma auf. Tomas malte einen Riss, der von dort nach oben zu einer Magmakammer unter einem kegelförmigen Berg führte.
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Nadia baute den Berg in Schichten auf, weil Vulkane an absinkenden Platten über viele Ausbrüche hinweg wachsen. Sie stapelte dünne Schichten grauer Knete für die Asche und Streifen roter Knete für die Lava übereinander zu einem steilen Kegel. Am anderen Ende des Streifens fügte Tomas einen zweiten Ort hinzu, an dem Vulkane entstehen: dort, wo zwei ozeanische Platten auseinanderdriften. Dort schmilzt aufsteigendes Mantelgestein, weil der Druck nachlässt, der darauf lastet.
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Am Tag des Vortrags drängten sich die Mitschüler um die Papier-Erde und den langen Streifen mit der Nahaufnahme. Einer von ihnen legte einen Bleistift neben die Kruste und lachte, weil der Bleistift breiter war. Tomas ließ die Flasche mit dem heißen roten Wasser noch einmal in das Glas hinab. Nadia zeigte von der aufsteigenden roten Wolke auf die rote Magmablase auf dem Streifen, und die ganze Klasse beugte sich vor, als die Farbe nach oben stieg.
