Klangkunst, vom 25.10.2019, 00:05 Uhr

Klangkomposition über den geologischen WandelOscillations Planétaires

Von Chantal Dumas
Globus mit Südamerika, Afrika und Asien. (imago)
Globus mit Südamerika, Afrika und Asien. (imago)

Die Erde ist in ständiger Bewegung. Geologische Phänomene wie Plattentektonik, Subduktions- und Bruchzonen, Mantelkonvektion und Geysire zeugen von einer Welt im Wandel, vom fortwährenden Vergehen und Werden. Die Sinne des Menschen bieten hingegen kaum Möglichkeiten, diese geologische Dynamik wahrzunehmen, die Zeiten und Räume geologischer Veränderungen sind schlicht zu groß.

Die Klangkünstlerin Chantal Dumas war von dieser Unfassbarkeit fasziniert. Sie fertigte Handskizzen geologischer Kraftlinien und benutzte Weltkarten voller seismischer Eintragungen und übertrug diese in Klang, ein inhärent zeitbasiertes und dynamisches Medium. Die Klangkomposition dokumentiert, interpoliert und imaginiert so die "Oscillations planétaires".

Oscillations Planétaires
Komposition und Realisation: Chantal Dumas
Produktion: Deutschlandfunk Kultur 2018
Länge: 49'46
Eine Wiederholung vom 13.07.2018

Chantal Dumas hat sich für ihre Klangkomposition mit den wissenschaftlichen Grundlagen der geologischen Dynamik befasst und beschreibt im Folgenden Phänomene, die Teilen des Stücks "Oscillations Planétaires" zugrunde liegen.

ERDBEBEN
Weltkarte mit tektonischen Linien und Notizen der Künstlerin (Chantal Dumas)Weltkarte mit tektonischen Linien und Notizen der Künstlerin (Chantal Dumas)Jedes Jahr ereignen sich zwischen 800.000 und 1.000.000 Erdbeben auf dem ganzen Planeten. Die meisten dieser Beben bleiben unbemerkt, weil sie zu schwach sind oder unbewohnte Gebiete betreffen.

Die Hauptursache für Erdbeben ist die Bewegung der tektonischen Platten. Doch auch menschliches Handeln kommt als Auslöser in Frage. 2017 machte Schieferöl die Hälfte der Brutto-Ölproduktion der Vereinigten Staaten aus. Um dieses Erdöl zu gewinnen, sind Verfahren wie das hydraulische Fracking erforderlich. Mehreren amerikanischen Wissenschaftlern zufolge kann diese Methode die Böden schwächen oder sogar lokale Kleinsterdbeben auslösen.

Laut einer Studie von Susan Hough und Morgan Page vom United States Geological Survey (USGS) aus dem Jahr 2016, könnte die Erdöl- und Erdgasförderung möglicherweise vier der fünf stärksten Erdbeben ausgelöst haben, die sich zu Beginn des 20. Jahrhunderts während des kalifornischen Ölbooms im Los Angeles Becken ereigneten.

Die beiden Forscherinnen des USGS gehen noch weiter. Ihnen zufolge kann die  Förderung von Öl und Gas heftige zerstörerische Erdbeben verursachen. Die Umwelt steht vor einer ernstzunehmenden Bedrohung.

DIE WADATI-BENIOFF-ZONEN
Handskizze des mittelatlantischen Rückens mit musikalischen Angaben von Chantal Dumas (Chantal Dumas)Handskizze des mittelatlantischen Rückens mit musikalischen Angaben von Chantal Dumas (Chantal Dumas)Bereits bevor die Erforschung der Plattentektonik in den 1960er Jahren von der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft anerkannt wurde, interessierten sich Seismologen und Geophysiker für Gebiete, die von starken Erdbeben betroffen sind.

Der japanische Geologe Kiyoo Wadati beschrieb 1935 als erster den Zusammenhang zwischen Kontinentaldrift, Erdbeben und Vulkanen in Japan. Zwanzig Jahre später griff der kalifornische Seismologe Hugo Benioff dessen Forschung auf und führte das Konzept der seismischen Zonen ein. Man spricht daher in Anlehnung an die beiden Wissenschaftler von den Wadati-Benioff-Zonen.

Heutzutage werden bei der Kartierung der Subduktionszonen die Abtauchwinkel der subduzierten (sprich eintauchenden) Erdplatten in den seismisch aktiven Gebieten verzeichnet. Dabei werden Erdbebenherde, die entlang der Oberfläche verteilt sind, markiert und visuell dargestellt.

Die Neigungswinkel der Erdplatten in den Wadati-Benioff-Zonen unterscheiden sich stark. Im Marianengraben, dem tiefsten Punkt der Erde, schiebt sich die pazifische Platte fast senkrecht unter die philippinische Platte, wohingegen im Südosten des pazifischen Ozeans die Nazca-Platte mit einem Winkel von 20 bis 45 Grad unter die südamerikanische Platte gleitet.


DIE GEZEITEN UND DIE AUSLÖSUNG UNTERSEEISCHER BEBEN 
Im Mai 1994 entdeckte die renommierte Meeresgeophysikerin vom Lamont-Doherty Earth Observatory der Universität Columbia (New York), Maya Tolstoy, die ersten konkreten Beweise dafür, dass die Gezeiten unterseeische Erdbeben auslösen können. Vermutungen über die Existenz dieses Phänomens gab es seit dem 17. Jahrhundert, doch aufgrund der großen Schwierigkeit, es vom Festland aus zu beobachten, herrschte lange Uneinigkeit.

Handskizze einer Subduktion mit musikalischen Angaben (LFO = Low Frequency Generator) von Dumas (Chantal Dumas)Handskizze einer Subduktion mit musikalischen Angaben (LFO = Low Frequency Generator) von Dumas (Chantal Dumas)Gezeiten entstehen durch die Anziehungskraft des Mondes sowie – in geringerem Maße – der Sonne auf unseren Planeten. Diese Kraft führt dazu, dass die Erde sich ein wenig in Richtung Mond und Sonne wölbt. Diese Wölbung folgt der Drehung der Erde um ihre eigene Achse. Nicht nur die Ozeane, auch die feste Erdmasse ist den Gezeitenkräften unterworfen, wodurch rund 40 Zentimeter hohe Verformungen entstehen können. "Auf dem Meeresgrund, wo das Gewicht des Ozeans nach unten und nach oben wirkt, kann man beobachten, wie sich der Boden aufgrund dieser Verformung mit dem Wasser mitbewegt", so die Wissenschaftlerin. "Es ist, als würde der Meeresboden mit den Gezeiten atmen."

Laut Tolstoy kann man daraus nicht schließen, dass hier die eigentliche Ursache für Erdbeben liegt. Doch wenn die geologischen Verwerfungssysteme in der Erdkruste kritisch belastet werden und bewegungsanfällig sind, reagieren sie empfindlicher auf die Gezeitenkräfte, so die Theorie. Das Erdbeben würde sich ohnehin ereignen, durch die Gezeiten erhält es aber einen zusätzlichen Schub.

DIE UMKEHR DES MAGNETFELDS 
Eine Meldung aus Wissenschaftskreisen sorgt seit einigen Jahren für mediales Aufsehen. Das immer schwächer werdende Magnetfeld der Erde lässt vermuten, dass möglicherweise eine Polumkehr bevorsteht.

Das Erdmagnetfeld hat die bemerkenswerte Fähigkeit sich umzukehren, das heißt der magnetische Nordpol wird zum Südpol und umgekehrt. Sollte eine solche Umpolung stattfinden, würden sich alle Kompassnadeln in die entgegengesetzte Richtung bewegen.

Solche Umkehrungen des Magnetfelds treten in periodischen, aber unregelmäßigen und unvorhersehbaren Intervallen auf. Die Erde hat diesen Vorgang im Laufe ihrer Geschichte bereits hunderte Male vollzogen. Die einzelnen Intervalle können sich dabei über eine Dauer von mehreren zehntausend bis hin zu mehreren Dutzend Millionen Jahren erstrecken. Die letzte Umpolung ereignete sich vor etwa 780.000 Jahren. Dies lässt sich aus dem magnetischen Gedächtnis der Gesteine erschließen.

Vor jeder Umkehrung wird das Erdmagnetfeld schwächer. Ist die derzeit festgestellte Schwächung nun also das Vorzeichen für eine kurz bevorstehende Polumkehr oder ist sie vielmehr die Folge einer Störung?

Die von den Wissenschaftlern verwendeten Modelle ermöglichen Vorhersagen für einen Zeitraum von hundert Jahren. Allerdings gilt es zu bedenken, dass die Prognosen der unterschiedlichen Modelle voneinander abweichen. Es ist daher unmöglich vorherzusagen, in welche Richtung sich das Magnetfeld der Erde entwickeln wird.

GEYSIR 
Geysire sind extrem empfindliche Naturphänomene. Ihre Aktivität verändert sich laufend und ist abhängig von Erdbeben, die auf ihre unterirdische Struktur wirken. Davon zeugt auch die Häufigkeit, mit der einer der bekanntesten Geysire Islands, der Große Geysir, ausbricht. Dieser erfährt abwechselnd Phasen schwächerer und stärkerer Aktivität, je nachdem, ob ihn die Erdbewegungen stimulieren oder hemmen. Im Jahr 2000 erzeugte der Geysir aufgrund eines Erdbebens zwei Tage lang eine 120 Meter hohe Fontäne. Inzwischen bricht er nur ein paar Mal im Jahr aus.

Der Geysir Old Faithful im Upper Geyser Basin im Yellowstone Nationalpark in Wyoming (imago / Jacob W. Frank)Der Geysir Old Faithful im Upper Geyser Basin im Yellowstone Nationalpark in Wyoming (imago / Jacob W. Frank)

Geysire treten nicht nur an der Erdoberfläche auf. Ähnliche Phänomene wurden in der Tiefsee beobachtet. 2010 entdeckte ein Team von Meeresforschern während einer britischen Expedition des ozeanographischen Zentrums von Southampton (NOC) eine hydrothermale Quelle in 5000 Metern Tiefe im karibischen Tiefseegraben zwischen Jamaika und den Kaimaninseln. Es handelte sich dabei um die tiefste jemals beobachtete Quelle.

Eine der faszinierendsten Entdeckungen dieser Meeresforscher war die Tatsache, dass es in diesen Gebieten trotz widrigster Bedingungen Leben gibt. So wurde eine neue Garnelenart gesichtet und – in Anlehnung an den Roboter HyBIS, der sie zum ersten Mal gefilmt hatte – auf den Namen Rimicaris hybisae getauft.

Kaiserpinguine (Aptenodytes forsteri) in der Antarktis (picture alliance / dpa / Roger Tidman)Kaiserpinguine (Aptenodytes forsteri) in der Antarktis (picture alliance / dpa / Roger Tidman)ANTARKTIS
Es ist 1965. Claude Lorius, damals Student, nimmt an einer wissenschaftlichen Mission in der Antarktis teil. Auf dem Rückweg von einem Bohrloch in der Eiskappe gießt er sich ein Glas Whiskey ein und lässt einen 15.000 Jahre alten Eiswürfel hinein gleiten. Während er zusieht, wie die kleinen Luftblasen aus dem schmelzenden Eiswürfel entweichen, fragt sich Lorius, ob sie nicht Informationen enthalten könnten, die die Atmosphäre der Vergangenheit rekonstruieren lassen. Diese Intuition wird zur Grundlage für die Forschung, die dieser bedeutende französische Klimatologe betreiben wird.

Die Bohrungen im Eis werden fortgesetzt. Meter für Meter erfolgen Analysen der in den Eiskernen enthaltenen Gase und chemischen Spuren. Sie erlauben Wissenschaftlern in den 1980er Jahren, den Zusammenhang zwischen dem Erdklima und der Konzentration von Treibhausgasen in unserer Atmosphäre aufzuzeigen. Etwa zehn Jahre später sagen sie die aktuelle globale Erwärmung durch menschliche Aktivitäten vorher.

Im Jahr 2004 erreichen die ehrgeizigsten Gletscherbohrungen, die jemals auf dem antarktischen Kontinent durchgeführt wurden, eine Tiefe von 3270 Metern, fünf Meter über dem felsigen Boden. Sie bieten Zugang zu 890.000 Jahren Klimageschichte.

DIE BERGE
Aufnahme vom Mars um 1980 (imago stock&people)Die Berge auf dem Mars sind höher als auf der Erde (imago stock&people)Die Berge auf dem Mars sind viel höher als auf der Erde. Der marsianische Olymp hat sich als höchster Berg im Sonnensystem erwiesen. Dieser Vulkan erhebt sich auf durchschnittlich 22,5 Kilometer, während auf der Erde der höchste Gipfel der Himalaya-Kette eine Höhe von gerade mal 8.848 Metern erreicht.

Was ist die Ursache für diesen Unterschied? Ein Teil der Antwort sei in der Schwerkraft zu suchen, sagt Jacques Malavielle, Geologe und Forscher am CNRS in Frankreich.

Die Schwerkraft auf dem Mars ist geringer als die Schwerkraft auf der Erde. Das bedeutet, dass die dadurch ausgeübten vertikalen Kräfte auf der Erde viel höher sind als auf dem Mars. Da die Erdkruste nur einer bestimmten vertikalen Kraft standhält, kann das Relief irgendwann nicht mehr wachsen. Die Bergkette erweitert sich dann in die Breite, anstatt in die Höhe zu steigen.

MANTELKONVEKTION
Die Formulierung der Plattentektonik revolutionierte in den 1960er Jahren die Geowissenschaften. Damals wurden mehrere Hypothesen aufgestellt, um die Mechanik der Plattenbewegung zu erklären. Inzwischen ist bekannt, dass das Geheimnis der Oberflächenbewegung der Erde in der Konvektion der Tiefen liegt.

Die thermische Konvektion ist ein Wärmeaustausch, der durch Bewegung von Materie erfolgt. Im Zentrum der Erde erwärmt dieser Ofen alles auf 5.000°C, während die Durchschnittstemperatur an der Erdoberfläche 15°C beträgt. Die Erde befindet sich also nicht im thermischen Gleichgewicht. Ihre Tiefenwärme wird permanent nach außen abgeleitet, indem Konvektionsströme heißes Material an die Erdoberfläche befördern. Dort bildet dieses Material die neue Erdkruste.

Das lässt sich in einem einfachen Versuch zeigen: Man erwärmt einen Becher mit Sonnenblumenöl, der am Boden mit  rotem Kreidepulver gefärbt ist. Das erwärmte Öl steigt an die Oberfläche und kommt in Kontakt mit der kälteren Flüssigkeit. Dabei verliert es seine Wärme, verdichtet sich und sinkt wieder ab. Die Färbung des Öls ermöglicht es, dieser Kreisbewegung zu folgen.

Das Gleiche passiert bei der Bewegung von Materie innerhalb des Mantels (eine der inneren Schichten der Erde). Wärmeres, und deswegen weniger dichtes Material steigt auf, während weniger heißes, dichteres Material absinkt. Diese thermische Konvektion ist der Grund für die Verschiebung der tektonischen Platten.

GRABEN: ERKUNDUNG
Bislang haben nur drei Menschen den tiefsten bekannten Punkt der Erde erreicht, während bereits 12 Männer auf dem Mond gewesen sind!

Dieser Punkt ist das Challengertief. Es versteckt sich in der Mulde des Marianengrabens, fast 11 km unter der Oberfläche des westlichen Pazifiks, in der Nähe der Marianeninseln.

Zwei Tiefsee-Schlote auf dem Grund des Marianengraben im Pazifik  (picture alliance / dpa / Thom Hoffman)Zwei Tiefsee-Schlote auf dem Grund des Marianengraben im Pazifik (picture alliance / dpa / Thom Hoffman)Erst 2012 wiederholte James Cameron, der Regisseur der Filme Titanic und Avatar, diese Erkundung – 52 Jahre nach der ersten Tauchfahrt. An Bord eines 7 Meter langen U-Bootes, das mit hoch entwickelten Technologien ausgestattet war, tauchte er allein in den Bauch des Challengertiefs. Die erste Tauchfahrt wurde von zwei Ozeanographen durchgeführt, dem Schweizer Jacques Piccard und dem US-Amerkianer Don Walsh. 1960 hatten sie die Tiefsee an Bord des Bathyscaphen Triest erreicht.

Auf Einladung von Cameron schloss sich Don Walsh dem technischen Team an, das an der Entwicklung seines neuen Tauchbootes arbeitete. Im Alter von 81 Jahren war Walsh dabei, als Cameron wieder an die Oberfläche kam. "Es war ein großartiger Moment, ihn im Club willkommen zu heißen", sagt Lieutenant Walsh. "Wir sind nur zu dritt, und einer von uns, der Schweizer Ingenieur Jacques Piccard, ist bereits tot. Jetzt gibt es nur noch Jim und mich."

OZEANISCHER RÜCKEN
Die Ozeane beherbergen ein riesiges Netz von vulkanischen Gebirgszügen, die 60.000 km lang sind. Das sind die ozeanischen Rücken. Die Erdkruste bildet sich und die tektonischen Platten dehnen sich aus und strecken sich in die Ebene.

Je nach Ozean und Region der Welt entstehen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit Gebirgskämme. So dehnt sich beispielsweise der Atlantische Rücken mit einer Geschwindigkeit von zwei bis drei Zentimetern pro Jahr aus. Das ist vergleichsweise langsam. Der Atlantische Rücken erstreckt sich über eine Länge von 10.000 km vom südlichen Rand des Nordpols bis zur subantarktischen Insel Bouvet. Obwohl er sich ca. 3000 m über den Meeresboden erhebt, ist er hauptsächlich unter Wasser. Auf den 10.000 Kilometern taucht er an nur neun Stellen in Form von Vulkaninseln und felsigen Gipfeln auf.

Sie werden einige kennen: Island, die Azoren, den mit Brasilien verbundenen St. Paul's Rock und die Insel Tristan da Cunha, ein britisches Überseegebiet.



Chantal Dumas (DUMAS)Chantal Dumas (DUMAS)Chantal Dumas, geboren 1959 in Québec, ist Klangkünstlerin, Komponistin und Radiomacherin. Sie wurde 1997 und 2001 mit dem Prix Phonurgia Nova ausgezeichnet. 2010 erhielt sie den Prix Bohemia für "Les petits riens" (DKultur) und 2011 den kanadischen Opus Prize in music. Zuletzt für Deutschlandradio Kultur "40° Nord - 73° West" (2012).

Hier finden Sie die Homepage von Chantal Dumas.


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