(9) Plattentektonik (c) S. Harris (c) S. Harris EF Geophysik 68.

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1 (9) Plattentektonik (c) S. Harris (c) S. Harris EF Geophysik 68

2 Plattentektonik – Überblick
Platten und Sphären Die Lithosphäre (lithos = gr. für Stein) bildet mit einer Dicke von km die starre, äußere Schale der Erde. Sie bildet keine durchgehende Schale sondern ist in etwa eine Dutzend große (und einige kleinere) starre Platten zerbrochen. Jede Platte bewegt sich als selbständige Einheit, die auf der teilweise geschmolzenen Asthenosphäre (asthenos = gr. für weich) schwimmt. Die Bewegung kommt zustande, weil der Erdmantel unterhalb der Lithosphäre heiß und verformbar ist. Deshalb kann im Mantelmaterial Konvektion einsetzen, die Platten werden langsam (mit einigen cm pro Jahr) mitgeführt. Plattengrenzen An divergierenden Grenzen wird ständig neue ozeanischer Kruste gebildet (des- halb auch „konstruktive Grenzen“). Die Platten bewegen sich daher voneinander weg. Dieser Prozess wird auch als Seafloor-Spreading bezeichnet. Charakteristisch für divergierende Grenzen sind die mittelozeanischen Rücken mit ihrer zentrale Grabenstruktur = Rift. Vereinzelt finden sich divergierende Grenzen auch an Land (z.B. Rift Valley, Ostafrika). Meerwasser dringt in die frische gebildete Erdkruste und kommt, erhitzt und mit Schwefel und Schwermetallen beladen, wieder heraus. Durch den Kontakt mit dem etwa 2°C kalten Meerwasser werden die Mineralien ausgefällt und quellen als „schwarzer Rauch“ hervor oder lagern sich rund um die Austrittstelle ab. Bei diesem Vorgang bilden sich die zum Teil mehrere Meter hohen Hydrothermalen Schlote, die sogenannten Black Smoker. Hyperthermophile Schwefelbakterien bilden mittels Chemosynthese komplexe organische Verbindungen und sind damit die Basis einer bizarren Lebensgemeinschaft, die völlig unabhängig vom Sonnenlicht existiert. EF Geophysik 69

3 Divergierende Plattengrenzen
Mehr zu divergierenden Plattengrenzen Die (mittlere) Geschwindigkeit des Seafloor-Spreadings ist mit ~ 12 cm pro Jahr am Ostpazifischen Rücken am größten (Spitzen bis 18 cm/Jahr). Mit ~2.5 cm pro Jahr ist sie z.B. am Mittelatlantischen Rücken wesentlich geringer. Thermoremanente Magnetisierung (Remanenz = Zurückbleibende Magnetisierung nach Verschwinden des Magnetfeldes). Wenn an den Ozeanrücken Magma gefördert wird, werden die magnetisierbaren Minerale der entstehenden Gesteine (z.B. Hämatit und Magnetit) nach dem jeweilig herrschenden Magnetfeld der Erde magnetisiert. Bei Abkühlung unter den Curie-Punkt (~ 500°C) wir die aktuelle Magnetfeldrichtung „eingefroren“. Da sich das Magnetfeld mehrfach geändert hat, und die Zeiten dieser Umpolungen bekannt sind, konnte das Alter des Meeresbodens genau bestimmt werden. Es ergibt sich ein Streifenmuster des Meeresbodenalters. Rechts und links von den Rücken haben die Gesteine jeweils das selbe Alter. EF Geophysik 70

4 Prozesse an Plattengrenzen
An den mittelozeanischen Rücken wird ständig neue ozeanische Kruste gebildet, in den Subduktionszonen wird sie wieder vernichtet. Die kontinentale Kruste ist sozusagen das Produkt eines seit Milliarden Jahren andauernden „Destillationsprozesses“. EF Geophysik 71

5 Konvergierende Plattengrenzen
An konvergierenden Grenzen kollidieren Platten, das führt i.A. zu Subduktion: Die schwere (ozeanische) Lithosphäre taucht unter die leichtere (kontinentale) ab, und wird wieder Teil des Mantels, deshalb werden konvergierenden Grenzen auch als destruktive Grenzen bezeichnet. Bei der Kollision von Platten gibt es drei Möglichkeiten: Ozean-Ozean: Die kühlere und damit dichtere (ältere) Platte wird subduziert, dabei entstehen charakteristische Tiefseerinnen. Aufsteigende Magmen durch- dringen die oben liegende Platte und bilden vulkanische Inselbögen (Japan, Indonesien, Karibik). Ozean-Kontinent: aktiver Kontinentalrand. Auf der nicht abtauchenden Platte bilden sich vulkanische Gebirge (Paradebeispiel = Anden), sie sind zum einen durch einen aktiven Vulkanismus aber auch durch Magmenintrusionen gekennzeichnet. Bei diesen Intrusionen handelt es sich um in die kontinentale Kruste aufgestiegene aber „steckengebliebene“ Magmen, die Batholithe. Kontinent-Kontinent: Kontinentale Kruste kann nicht abtauchen, sie wird in zahlreiche Deckeneinheiten zerschert, die übereinander geschoben werden. Dies führt zu einer ~Verdoppelung der Krustenmächtigkeit und zum Aufstieg hoher Gebirgsketten (Hochland von Tibet, Himalaya, Alpen). Bevor aber die Kollision stattfinden kann, wird ozeanische Kruste subduziert, denn sie trennt zwei konvergierende kontinentale Krusten. Dieser Vorgang ist eine Ozean- Kontinent-Kollision, bei der es zur Bildung von Vulkanen und Intrusionen kommt. Erst wenn die ozeanische Platte vollständig untergetaucht ist, beginnt die eigentliche Kollision der Kontinent. Sedimenten, die von der abtauchenden ozeanischen Platte abgeschürft wurden (Akkretionskeil), werden dabei in die Gebirge „eingebaut“. EF Geophysik 72

6 Transformstörungen An Transformstörungen gleiten Lithosphärenplatten (mehr oder weniger reibungslos) aneinander vorbei (z.B. San Andreas Verwerfung). Hier wird Kruste weder erzeugt noch vernichtet, daher auch die Bezeichnung konservative Plattengrenzen. Sie sind charakteristisch für die Tiefseebereiche beiderseits der mittelozeanischen Rücken. Mittelozeanische Rücken verlaufen weder in einer ununterbrochenen Linie noch spreizen sie sich mit gleicher Geschwindigkeit. Krustenblöcke werden daher durch Transformstörungen getrennt, die gleichzeitig die unterschiedlichen Spreizungs- raten ausgleichen. Der Zusammenhang zwischen Alter und Tiefe ist an Transformstörungen besonders anschaulich. Hier liegen Krustensegmente unterschiedlichen Alters direkt nebeneinander. Sie sind häufig durch steile Versätze (fault escarpments) gekennzeichnet, bei der sich die eine Seite der Störung mehrere m über die andere Seite erhebt. EF Geophysik 73

7 Wandernde Kontinente 1 EF Geophysik 74

8 Wandernde Kontinente 2 EF Geophysik 75

9 Hot Spots und Manteldiapire
Oberer Mantel Manteldiapir Unterer Mantel Äußerer Kern Innerer Kern Abb.: V. Courtillot, 1999 Schnitt durch die Erde – Manteldiapire – Hot Spots an der Oberfläche EF Geophysik 76

10 Hot Spots und Plateaubasalte
Plateaubasalte und Hot Spots weltweit (ob.) Das Ontong Java Plateau entstand vor etwa 120 Mio. Jahren, mit einem Volumen von bis zu 50 Mio. km3 ist es die (bei weitem) größte Eruptivprovinz der Erde. Dekkan Trapps und Réunion Hot Spot (li.) Der Hot Spot liegt derzeit unter der Insel Réunion und nährt den äußerst aktiven Vulkan Piton de la Fournaise. Auf seiner Spur liegen Mauritius, die Seychellen und die Malediven. Vor 65 Mio. Jahren bildete der „Pilzkopf“ des Manteldiapirs innerhalb von ~ Jahren die Dekkan-Plateaubasalte („Trapps“) in Indien mit einem Volumen von 2 Mio. km3 (Abb.: V. Courtillot, 1999). EF Geophysik 77