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Dickste Erdkruste Europas an überraschendem Ort entdeckt
Unter der norwegischen Varanger-Halbinsel reicht die kontinentale Erdkruste bis in rund 65 Kilometer Tiefe, obwohl dort kein Hochgebirge liegt. Seismische Daten sprechen dafür, dass vor allem eine ungewöhnlich mächtige und dichte Unterkruste dafür verantwortlich ist. Die Forscher deuten sie als Relikt eines sehr alten Krustenblocks.
Uppsala (Schweden). Die kontinentale Erdkruste ist unter Gebirgen oft besonders dick, weil Kollisionen der Erdplatten tiefe Krustenwurzeln erzeugen. In alten, tektonisch ruhigen Kontinentkernen ist eine Mächtigkeit von mehr als 60 Kilometern dagegen selten, doch unter der Varanger-Halbinsel im äußersten Nordosten Norwegens haben Geophysiker nun eine solche Ausnahme gefunden.
Die Grenze zwischen Erdkruste und Erdmantel, die Mohorovičić-Diskontinuität oder kurz Moho, liegt dort stellenweise in etwa 65 Kilometer Tiefe, während die Kruste weiter südlich im Fennoskandischen Schild meist nur rund 40 bis 45 Kilometer erreicht. Forscher der Uppsala University (UU) um Christian Schiffer haben nun untersucht, wie dieser abrupte Unterschied entstanden sein könnte.
Für ihre Analyse nutzte das Team teleseismische Daten, also Aufzeichnungen ferner Erdbeben, von insgesamt 21 hochwertigen Breitband-Seismometern, darunter Stationen des Scandinavian Arctic Continental Experiment. Das Experiment ergänzte zwischen 2022 und 2024 ein dichtes Messprofil durch Nordnorwegen, an dem die Forscher Umwandlungen von Erdbebenwellen an Grenzflächen im Erdinneren auswerteten.
Dazu berechneten sie sogenannte Receiver Functions und kombinierten zwei unterschiedliche Auswerteverfahren. Eine gemeinsame Inversion lieferte eindimensionale Geschwindigkeitsmodelle unter den Stationen, während eine räumliche Abbildung die umgewandelten Wellen entlang der Profile bündelte. Beide Verfahren zeigen denselben grundlegenden Sprung der Moho unter Varanger.
Entlang des süd-nördlichen Profils verdickt sich die Kruste von etwa 40 bis 45 Kilometern im alten Schild auf bis zu rund 65 Kilometer an der Barentsseeküste. Ein zweites Profil quer zur Küste ergibt unabhängig davon Krustendicken von ungefähr 53 bis 63 Kilometern, womit die größte Mächtigkeit deutlich über früheren regionalen Schätzungen von meist rund 40 bis 55 Kilometern liegt.
Der zusätzliche Krustenanteil steckt vor allem in der Unterkruste, die unter Varanger etwa 30 bis 35 Kilometer Mächtigkeit erreicht und vergleichsweise hohe seismische Geschwindigkeiten besitzt. Weil sich die Oberkruste wesentlich weniger verändert, sprechen die Daten für eine ungewöhnlich dichte untere Krustensäule.
Dazu passt, dass die Halbinsel trotz der mächtigen Kruste nur geringe bis mäßige Höhen erreicht und ihre Schwereanomalien, also lokale Abweichungen im Schwerefeld, nahe null liegen. Eine gewöhnliche leichte Gebirgswurzel würde bei 65 Kilometern Krustendicke stärkere topografische oder gravimetrische Signale erwarten lassen. Nach einer einfachen isostatischen Abschätzung, also einer Gleichgewichtsrechnung für Kruste und Mantel, müsste die mittlere Dichte der verdickten Kruste um etwa 200 Kilogramm pro Kubikmeter höher sein, damit die zusätzliche Mächtigkeit ohne großen Höhenunterschied ausgeglichen wird.
Eine jüngere Aufdickung der Kruste halten die Autoren deshalb für wenig wahrscheinlich, weil ausgedehnte magmatische Unterlagerungen deutlich größere vulkanische oder intrusive Gesteinsmengen hinterlassen haben müssten als in der Region beobachtet werden. Auch eine starke Verdickung während späterer Gebirgsbildungen passt schlecht zu den überlagernden neoproterozoischen Sedimenten, die nur schwach deformiert und metamorph überprägt sind.
Als plausibelste Erklärung schlagen die Forscher einen geerbten Krustenblock aus dem Paläoproterozoikum vor, der bei einer bislang nur indirekt erschlossenen alten Gebirgsbildung entstanden sein könnte. Anschließend könnte eine Verdichtung der Unterkruste den ungewöhnlich mächtigen Block stabilisiert haben, wobei die Autoren das hypothetische frühere Gebirgsereign