mini|hochkant=1.2|Grafische Darstellung der Erdexpansion: Zunahme der Größe des Planeten im Laufe der Erdgeschichte (von unten nach oben) und Entstehung der heutigen Konfiguration der Kontinente. Links: Westliche Hemisphäre mit Öffnung des Atlantiks. Rechts: Östliche Hemisphäre mit Öffnung des Pazifiks.
Die Expansionstheorie der Erde (auch Expansionshypothese genannt) ist eine gegen Ende des 19. Jahrhunderts entwickelte und besonders in den 1950er- und 1960er-Jahren diskutierte und heute überholte geotektonische Theorie. In ihrer moderneren Fassung versucht sie, die von Alfred Wegener postulierte Kontinentaldrift, vor allem das Auseinanderbrechen des Superkontinents Pangaea, durch eine ständige Vergrößerung des Erdradius zu erklären. Als wichtigste Vertreter gelten der deutsche Geowissenschafter Ott Christoph Hilgenberg, der ungarische Geophysiker László Egyed und der australische Geologe Samuel Warren Carey.
Die Theorie wird im wissenschaftlich-akademischen Umfeld nicht mehr vertreten, seit die Plattentektonik die Kontinentaldrift anhand von Konvektionsströmen im Erdmantel erklären kann. Vermessungen des Erdkörpers zeigen, dass gegenwärtig keine Expansion stattfindet.
Geschichte und Begründungsversuche Wie die zu gegenteiligen Schlüssen kommende Kontraktionstheorie ist die Expansionstheorie ein früher Versuch der Paläogeographie, den Werdegang des Erdkörpers nachzuzeichnen. Erkenntnisse über geologische Becken, Hebungen und Senkungen gaben Anlass, geodynamische Prozesse verstehen zu wollen. Erklärungsbedarf entstand, als auf beiden Seiten des Atlantischen Ozeans gleichartige Gesteinskomplexe nachgewiesen und ähnliche lebende und ausgestorbene Tiere und Pflanzen gefunden worden waren. Diese Befunde sowie das Ineinanderpassen der Küstenlinien beiderseits des Atlantiks veranlassten Alfred Wegener zur Entwicklung der Theorie der Kontinentaldrift. Es wurden auch Fossilien von Meerestieren in Gebirgen in großen Höhen nachgewiesen. Letzteres deutet auf vertikale Bewegungen von Teilen der Erdkruste hin.
Ausdehnung bei konstanter Masse Roberto Mantovani veröffentlichte 1889 und 1909 eine Theorie der Erdexpansion. Er nahm an, dass ein geschlossener Kontinent die gesamte Oberfläche einer damals sehr viel kleineren Erde bedeckte. Dieser sei durch vulkanische Tätigkeit aufgrund von Wärmeausdehnung auseinandergebrochen, wobei sich die Bruchstücke, aus denen die heutigen Kontinente hervorgingen, immer weiter voneinander entfernten, da die Aufrisszonen immer weiter expandierten und heute den Bereich der Ozeane bilden.
Als Mechanismus dieser Ausdehnung wurde kurz nach der Wende zum 20. Jahrhundert die neu entdeckte Radioaktivität vorgeschlagen: Die „Theorie der thermischen Zyklen“ von John Joly und Arthur Holmes stellt zudem einen Kompromiss zwischen Erdexpansion und Erdkontraktion dar. Durch einen Überschuss der inneren Wärmeproduktion, das heißt, wenn durch den radioaktiven Zerfall mehr Wärme produziert wird, als durch die natürliche Abkühlung verloren geht, entstehe eine Art Wärmestau. Es wurde angenommen, dass sich aufgrund des Temperaturanstiegs der Erdkörper ausdehne, wodurch sich in der Erdkruste Spalten bildeten. In diesen Spalten dränge Magma auf und erreiche teilweise als Lava die Erdoberfläche. Infolge der damit verbundenen erhöhten Wärmeabgabe träte nach der Phase der Aufwärmung und Ausdehnung eine Phase der Abkühlung und Schrumpfung ein. Diese Phasen bildeten eine dauernde Abfolge in der Erdgeschichte.
Dagegen nahmen Bernhard Lindemann (1927), Jacob Karl Ernst Halm (1935), László Egyed (1956), und Hugh Gwyn Owen (1983)H. G. Owen: Continental displacement and expansion of the earth during the Mesozoic and Cenozoic 1975 eine Expansion durch Phasenübergänge im Erdkern an. Der Kern habe demnach aus einem superdichten Material bestanden, das sich in eine weniger dichte Form umwandelt und dabei expandiert. Egyed verband dabei seine Theorie mit einer möglichen Abnahme der Gravitationskonstante.
Die auf Wärmeausdehnung basierende Theorie steht im Widerspruch zu den meisten modernen Prinzipien der Rheologie. Auch fehlte eine anerkannte Erklärung für die benötigten Phasenübergänge. Wie A. D. Stewart anmerkte, würde ein Erdradius von etwa 4,500 km, wie er etwa für das Karbon (vor etwa 300 Millionen Jahren) angenommen werden könnte, bei gleicher Masse dazu führen, dass aufgrund des Gravitationsgesetzes die Schwerkraft an der Erdoberfläche 2 Mal so groß gewesen sein müsste wie heute.
Ausdehnung durch Massenzunahme mini|hochkant=1.2|links|Hilgenbergs Globen zur Erdexpansion
Iwan Ossipowitsch Jarkowski schlug 1888 im Zusammenhang mit seiner mechanischen Erklärung der Gravitation eine Art Absorption des Äthers vor, welcher in den Himmelskörpern in neue chemische Elemente transformiert würde und so eine Expansion der Himmelskörper verursacht. Er erwähnt jedoch nicht den Zusammenhang mit der Bildung der Kontinente. Ein umfassendes Werk über die Expansion der Erde, das sich auf die Massen- und Volumenzunahme durch Absorption von Äther stützte, trägt den Titel „Vom wachsenden Erdball“, stammt von Ott Christoph Hilgenberg und erschien 1933. Hilgenberg versuchte zudem zu zeigen, dass die Kontinente auf einer Erdkugel kleineren Durchmessers („Schelfkugel“) lückenlos untergebracht werden können und sich die Ozeanbecken erst durch die Expansion des Erdkörpers, gebildet hätten. Bruce C. Heezen deutete 1960 die Entdeckung des Rift Valleys im Atlantik als Hinweis auf eine expandierende Erde.Geoscience: Depth charge Nature, 2012 Manche Anhänger der Theorie vermuten als Ursache eine Ätherwirkung. Die Entstehung von neuer Erdmaterie durch Absorption von „Äther“ ist jedoch mit der modernen Physik nicht zu vereinbaren, schon allein weil im Weltraum nachweislich kein „Äther“ existiert, jedenfalls nicht im ursprünglichen Sinne der Äther-Hypothese. Die einzige von der modernen Physik akzeptierte „Materie“, die dem „Äther“ zumindest halbwegs nahekommt, sind Neutrinos, die allerdings mit der Materie der Erde faktisch nicht wechselwirken, sondern sie einfach durchdringen und die zudem quasi masselos sind.
mini|Samuel Warren Carey Der bekannteste Vertreter des Modells Erdexpansion, Samuel Warren Carey, schlug noch 1996 ebenfalls eine Massenzunahme vor, schränkte aber ein, dass eine wirkliche Lösung des Problems erst auf kosmologischer Ebene im Zusammenhang mit der Expansion des Universums erreicht werden kann. Wie Carey anmerkt, ist dieses Modell wenigstens nicht von der Kritik Stewarts betroffen: Denn wenn neben dem Radius auch die Masse der Erde in der Vergangenheit kleiner war, kompensieren sich diese Effekte und die Schwerkraft an der Oberfläche bliebe zumindest annähernd konstant und nähme nicht ab. Wäre die Massenzunahme größer als die Zunahme des Radius, hätte die Schwerkraft bis heute sogar zugenommen, und die enorme Größe einiger Dinosaurier wäre nach Ansicht Careys mit einer seinerzeit geringeren Schwerkraft leicht zu erklären.
Nach Berechnungen der NASA gelangen täglich etwa 100 Tonnen Meteoriten in die Erdatmosphäre. Der größte Teil verglüht in der Atmosphäre und geht teilweise als Staub nieder. Eine solche Akkretion gilt jedoch als sehr kleiner Bruchteil der von der Hypothese der expandierenden Erde geforderten Massenzunahme.NASA Science: Michael Zolensky et al.: Flux of Extraterrestrial MaterialsAlain Buis, Whitney Clavin:
Abnahme der Gravitationskonstante Diese Hypothese entstand aufgrund der Vermutung von Paul Dirac (um 1938), dass sich der Wert der Gravitationskonstante seit der Entstehung des Universums und mithin auch seit der Entstehung des Sonnensystems und der Erde kontinuierlich verringert hat. Dies veranlasste Pascual Jordan im Jahr 1964, eine Expansion aller Planeten im Sonnensystem zu postulieren. Im Gegensatz zu den anderen Erklärungsmodellen wurde diese Hypothese zumindest im Rahmen der Physik als durchaus möglich eingestuft. Max Born beschreibt Jordans Modifikation der Gravitationshypothese als „systematische Verallgemeinerung“ der Allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins.
Diese Hypothese verursacht wie die Theorien mit konstanter Masse Erklärungsprobleme in Bezug auf die Existenz der Dinosaurier. Die Schwerkraft würde an der Oberfläche nicht nur wegen des geringeren Radius, sondern auch wegen der höheren Gravitationskonstante sehr viel größer sein als heute, und auch hier wären einige Saurierarten unter ihrem eigenen Körpergewicht zusammengebrochen. Haupteinwand gegen diese Theorie ist, dass neuere Messungen einer möglichen Variation der Gravitationskonstante eine obere Grenze für eine relative Veränderung von lediglich 5·10−12 ergaben. Das ist ein um den Faktor 10 geringerer Wert, als ihn Jordan für seine Theorie benötigt.
Modernere Ausprägungen der Expansionstheorie Eine jüngere Generation von Expansionisten, zu denen der britische Geophysiker Hugh G. Owen und der italienische Geophysiker Giancarlo Scalera gehören, erkennen die im Verlauf der Jahrzehnte seit der Formulierung der Theorie der Plattentektonik gesammelten Belege für die Existenz der Plattenbewegungen und insbesondere auch das Konzept der Subduktion ozeanischer Lithosphäre (siehe unten) an. Stattdessen argumentieren sie, gestützt auf vermeintliche Schwächen der Plattentektonik-Theorie, dass trotz Subduktion eine Erdexpansion stattgefunden habe. Owen konzentriert sich in einem Artikel im New Scientist aus dem Jahr 1984 vor allem auf die Passung der passiven Kontinentalränder. So ließen sich Südamerika und Afrika, und noch vielmehr die Ränder des Indischen Ozeans nur auf einem Globus perfekt aneinanderfügen, der kleiner sei als die heutige Erde. Damit ignoriert er die seinerzeit weitgehend akzeptierte Ansicht, dass der Indische Ozean der Nachfolger des Tethys-Beckens ist, das während der Norddrift Indiens komplett subduziert wurde.B. F. Windley: Metamorphism and tectonics of the Himalaya. In: Journal of the Geological Society. 140, 1983, S. 849–865, doi:10.1144/gsjgs.140.6.0849 und darin zitierte Literatur Giancarlo Scalera argumentiert unter anderem mithilfe von Unstimmigkeiten im Konzept der Subduktion, die sich aus seismischen Untersuchungen des sublithosphärischen Erdmantels an und im Umfeld von Subduktionszonen ergäben. Er konstatiert, dass Subduktion zwar stattfände, sie aber in einem Ausmaß, wie es auf einer Erde mit konstanter Größe erforderlich wäre, aufgrund der physikalischen Bedingungen im Erdmantel nicht möglich sei.G. Scalera.: The expanding Earth: a sound idea for the new millennium. In: G. Scalera, K.-H. Jacob (Hrsg.): Why expanding Earth? – A book in honour of O.C. Hilgenberg. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Rom 2003, S. 181–232 (earth-prints.org).G. Scalera: Wie ihre Vorgänger können weder Owen noch Scalera überzeugende Ursachen bzw. Mechanismen für eine Erdexpansion benennen.
Erdexpansion und Großtektonik Urkontinent