Erdgeschichte und Plattentektonik

Geografie
Thema Die Erdgeschichte
Wandel des Weltbildes
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ursprüngliches Weltbild  Geozentrisches Weltbild = die Erde steht im
Mittelpunkt und Sonne und Planeten drehen sich um die Erde
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neues Weltbild  Heliozentrisches Weltbild = Die Sonne ist im Mittelpunkt und
alles dreht sich um die Sonne.
Wer unterstützte das geozentrische Weltbild?
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u.a. Ptolemäus, ein im 2.Jh. lebender Gelehrter formulierte die seit langem
verbreitete Lehre, dass die Erde im Mittelpunkt der Welt sei und alles andere
sich um die Erde drehte.
Wie änderte sich das?
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Im 16. Jahrhundert begann Kopernikus, das geozentrische Weltbild in Frage
zu stellen und stellte eine neue Theorie auf, so das die Sonne im Mittelpunkt
stehe und sich die Erde samt Mond und die anderen Planeten um die Sonne
drehten. Einzig wusste er noch nicht, dass die Planeten sich in Ellipsen um die
Sonne drehen.
Die Erdgeschichte
Die Erde vor 200 Millionen Jahren
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Damals gab es nur einen Urozean und einen Kontinent den man Pangäa (pan
gr. ganz und gäa Erde)
Die Erde vor 135 Millionen Jahren
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Aus Pangäa wurden zwei neue Kontinente Laurasia (Nordamerika und
Eurasien)
Und Gondwana (Südamerika und Afrika)
Es entstand auch ein neues Meer, die Thetys (=grichisches Gemahlin des
Meeresgottes Okeanos)
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Die Erde heute
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Wir haben die Kontinente und Ozeane so wie wir sie kennen
Die Erde in 30 Mio. Jahren (Vermutung)
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Australien wird mit Asien zusammenkommen und Amerika und Europa
entfernen sich noch weiter voneinander.
Historische Entwicklung
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alter der Erde ca. 5 Milliarden Jahre
Kontinente wandern
Ozeane entstehen und vergehen
Klimaänderungen und Entwicklung des Lebens
Präkambrium
Erdaltertum
Erdneuzeit
Präkambrium
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Die Zeit vor dem Kambrium ()
Mit dem Sonnensystem entsteht auch die Erde
Erde ist noch ein mehrere tausend Grad heisser Glutball
Langsam bildet sich die feste Gesteinshülle der Erdkruste
Nun entsteht die mit Sauerstoff angereicherte Lufthülle und eine Ozonschicht
schützt die Erdoberfläche vor der gefährlichen UV-Strahlung der Sonne
Nachdem die Erdkruste weniger als 100° C abgekühlt ist, entstehen durch
Regen die Urozeane
Erste Spuren des Lebens treten vor ca. 3.3 Milliarden Jahren auf
Paläozoikum (Erdalterum)
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weltweit zwei Zeitalter der Gebirgsbildung (kaledonische und variscische
Gebirge)
Lebenswelt entwickelt sich zunächst im Meer, dann auf dem Land
Am Ende des Erdaltertums gibt es Algen, Quallen, Schwämme, Würmer,
Insekten, Fische, Farne und anderes Gestrüpp
Die Steinkohlelagerstätten entstehen
Mesozoikum (Erdmittelalter)
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Es bilden sicht Ablagerungssteine sowie Salzlagerstätten
In der Pflanzenwelt entfalten sich die Nadelbäume
In der Tierwelt verbreiten sich die Kriechtiere (Saurier)
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Gegen Ende des Erdmittelalters erscheinen die ersten Vögel
Känozoikum (Erdneuzeit)
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alpidische Gebirgsbildung (die heutigen Faltengebirge)
Blütenpflanzen, Laubbäume, Sträucher, Gräser, etc. kommen hervor
Entwicklung wird durch ein warmes Klima begünstigt
Braunkohlelagerstätten entstehen.
Durch eine Eiszeit vor ca. 2 Millionen Jahren, verarmen Pflanzen und Tiere
und der Mensch tritt hervor...
Alles kurz zusammengefasst
Am Ende des Präzoikums bestand ein Urkontinent (Pangäa) der von einem Urozean
umgeben war.
Der Urkontinent zerbrach im Mesozoikum in zwei Grosskontinente (Laurasia und
Gondwana). Zwischen den Beiden Kontinente bildete sich ein zentrales Mittelmeer
(Tethys).
Gegen Ende des Mesozoikum und im Känozoikum zerfallen die Grosskontinente.
Aus Laurasia wird Nordamerika und Eurasia. Aus Gondwana wird Südamerika,
Afrika, Indien, Australien und Antarktis. Nun bilden sich die Ozeane (Atlantischer,
Pazifischer, etc) Dabei verschwindet die Thetys.
Genaueres ist auf der Geologischen Zeittabelle ablesbar.
Erdbeben
Begriffe
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Asthenosphäre = schwache, verformbare Oberflächenschicht (des
Erdmantels) unter der Lithosphäre
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Lithospähre = steinige, harte Schicht der Erdkruste
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Divergierende Strömungen = auseinander gehende Strömungen
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Konvergierende Strömungen = aufeinander zulaufende Strömungen
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Epizentrum = über dem Zentrum des Bebenherd gelegen.
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Hypozentrum = Zentrum des Bebenherdes in der Tiefe der Erde
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Konvektionsströme = Wärmeausgleichströmungen, die warm aus dem
Erdinnern aufsteigen und abgekühlt an der Unterseite der Erdkruste wieder
absteigen (Wäremausgleich)
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Lava = an die Erdoberfläche getretenes Magma
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Magma = gashaltige, glutheisse Silicatschmelze (geschmolzenes Gestein
solange es in der Erde ist)
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Magnitude = grosse, am Bebenherd auftretende Energiemengen (Energie
eines Erdbebens 1-9 auf der Richterskala)
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Seismisch = Erdbeben betreffend
Entstehung eins Tsunami
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Durch heftige Seebeben im Meer können solche Wellen entstehen. Im tiefen
Ozean haben diese Wellen lediglich eine höhe von ein paar Metern, erst wenn
sie sich dem Festland nähern können sie sich auf bis zu 40m aufblähen und
fegen über alles hinweg, was ihnen in den Weg kommt.
Theorie der Plattentektonik
Der Forscher Alfred Wegener kam erstmals mit der Theorie, dass die Kontinente
„wandern“ und sich mit dem lauf der Zeit verschieben. So die Theorie, sollen sich aus
dem Urkontinent Pangäa die einzelnen Kontinente abgesplittert haben und bewegen
sich seitdem immer weiter. Seine Theorie wurde allerdings verworfen, da er die
nötigen Beweise für die dafür erforderlichen Kräfte nicht liefern konnte. Er war schon
damals der Meinung, man müsse die Geowissenschaften zusammenfassen und die
ganze Wahrheit herauszufinden.
Allerdings später konnte man mit Hilfe von Messungen der magnetischen
Ausrichtung der Sedimente entlang des Mittelatlantischen Rückens feststellen, dass
seine Theorien doch nicht so daneben gelegen haben.
Theorie der Plattentektonik
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Wurde Mitte der 60er Jahre formuliert
Erstmals können tektonische Vorgänge auf der Erde in einem globalen
Rahmen erklärt werden
Nach dieser Theorie besteht die Kugelschale der Lithosphäre (Erdkruste) aus
mehreren Schollen, die auf der darunter liegenden leicht verformbaren
Asthenosphäre beweglich gelagert sind.
Dadurch entstehen an den tektonisch aktiven Zonen immer wieder Erdbeben.
Die Erdbeben und Gebiete vulkanischer Aktivität spiegeln Grösse, Umriss und
Bewegung der Platten wieder.
Wenn zwei Platten divergieren
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d.h. sie entfernen sich voneinander
Entlang des Risses steigt ständig Magma herauf  Neubildung von
Lithosphäre  Neuanlage eines Ozeans
Ränder auseinanderdriftender Kontinente sind tektonisch ruhig („Passive
Kontinentalränder“)
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Wenn zwei Platten konvergieren
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d.h. sie bewegen sich aufeinander zu
Entlang der Tiefseerinnen wird die schwerere Ozeanische Platte unter die
leichtere Kontinentalplatte geschoben  Abbau von Lithosphäre an
Subduktionszonen (eine Platte schiebt sich unter die andere), auf diese weise bilden sich
Gebirge.
Die abtauchende Platte wird durch Reibungswärme und die steigende
Temperatur langsam aufgeschmolzen.
Etwas „hinter“ dem Subduktionspunkt kann es daher bei Schwächezonen zu
Vulkanketten kommen, wo geschmolzenes Mantelgestein und geschmolzener
Meeresgrund, dann wieder nach oben treten.
Daher sind an Subduktionszonen angrenzende Kontinentalränder tektonisch
sehr unruhig und vielgestaltig. („aktive Kontinentalränder).
Wenn zwei Platten kollidieren, entsteht durch das aufgeschobene Gestein
ebenfalls Gebirge, dies kann an Land aber auch im Wasser geschehen.
Wenn zwei Platten sich aneinander vorbeibewegen
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Weder Bildung noch Abbau von Lithospähre
Kein Vulkanismus
Dafür sehr häufige Erdbeben entlang der Verschiebungsflächen
Vulkane
Vulkanketten
Vulkanketten können auch in der Mitte von Kontinentalplatten entstehen. Dies
geschieht durch so genannte „Hotspots“, das sind tropfenförmige Intrusionskörper im
Mantel. Von dort aus, kann Magma weiter nach oben steigen und die Lithospähre
durchbrechen
Wenn sich eine Platte über einen solchen Hotspot bewegt, dann wird die
Austrittsstelle mit der Zeit verschoben und jedes mal wenn der Hotspot wieder
Magma spuckt, entsteht auf der Erdoberfläche ein neuer Vulkan. Auf diese Weise
können sich so genannte Vulkanketten bilden.
Ursache der Plattenbewegung
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Hauptursache der Plattenbewegung ist das noch bestehende
Wärmeungleichgewicht zwischen dem heissen Kern und der kühlen
Aussenhaut der Erde.
Unklar ist allerdings der Antriebsmechanismus der Platten. Evtl. wird dieser
durch Reibeströme (mitziehen) der Konvektionsströme passiv verursacht
Es wäre aber auch möglich, dass die Platten durch ihre Schwere am
Mittelozeanischen Rücken voneinander abgleitet und durch nachdrängendes
Magma zusätzlich auseinander gedrückt werden (ridge push).
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Oder die Platten bewegen sich, weil die ältesten und schwersten Teile in der
Subduktionszonen der Ozeanischen Platten absinken und die restliche Platte
gewissermassen vom Rift weg hinter sich her ziehen (slab pull)
Konvektionsströme
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Ströme die warmes Material von unten nach oben bringen, dieses kühlt sich
an der unteren Seite der Oberfläche wieder ab und taucht wieder nach unten
und erwärmt sich von neuem.
Beweise für dafür, dass die Ozeanböden sich spreizen (Rift Valley, seafloor-spreading)
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bei Mineralien die aus der abkühlenden Lava auskristallisiert sind, war die
Magnetische Ausrichtung je nach dem nach Norden und oder Süden gerichtet.
Immer wenn sich das Erdmagnetfeld gedreht hat.
Wie kommt es das durch die Rift Valley die Ozeane nicht grösser werden?
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Die Forscher Benioff und Wadadi fanden heraus, dass sich die Lithosphäre
auf der einen Stelle erweitert und auf einer anderen weniger wird
(Subduktion). Nur so kann die Fläche der Erdoberfläche gleich bleiben
Dabei bleibt die schon an sich relativ kalte Ozeanische Platte bei ihrem
Abtauchvorgang relativ lange kalt und bruchfähig.
Die Geschwindigkeit mit der sie abtaucht, hat sich als gleich schnell erwiesen
wie am Mittelozeanischen Rücken sich neues Material bildet.
Wie kam die Theorie der Plattentektonik zustande?
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Durch das Vereinigen der Hypothesen von seafloor-spreading und
Subduktion.
Wie lässt sich die Geschwindigkeit berechnen?
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Mithilfe der Magnetstreifen am Meeresgrund und mit der Entfernung von
einem Hotspot wachsenden Alter von Vulkanen lässt sich die Geschwindigkeit
berechnen.
Aufbau der Erde
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Lithosphäre (Erdkruste)
Asthenosphäre (plastische Gleitzone, weich)
Oberer Erdmantel (ca. 700km)
Unterer Erdmantel (ca. 2'200 km)
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Äusserer Kern (flüssig, ca. 2'200 km)
Innerer Kern (fest, ca. 1'220 km)
Erdbeben
Was ist ein Erdbeben?
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Ein Erdbeben ist eine Erschütterung mit anschliessender Deformierung der
Erdoberfläche.
Ausgelöst durch plötzliche Freisetzung von Energie im Bebenherd.
Diese Energie wirkt sich in Form von wellenförmigen Schwingungen und
Erschütterungen aus.
Welche Arten von Erdbeben gibt es?
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Tektonische Beben (Dislokationsbeben)
Ausbruchs- oder vulkanische Beben
Einsturzbeben
Landbeben
Seebeben (85%)
Tektonische Beben
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Entstehen durch z.B. Verschiebungen oder Brüche in der Erdkruste
Dadurch werden gewaltige Spannungen erzeugt und ausgelöst. Diese
versetzen die Erdoberfläche dann in Schwingungen die wir als Erdbeben
wahrnehmen.
Diesen Prozess nennen Fachleute als „Dislokation“, darum werden
tektonische Beben auch als „Dislokationsbeben“ bezeichnet
Diese Form des Erdbebens ist eine der häufigsten
Ausbruchs- und vulkanische Beben
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Entstehen durch die aufsteigende Lava eines Vulkanausbruchs
Solche Beben ereignen sich im Vergleich zu den tektonischen Beben aber nur
sehr selten.
Auswirkungen sind wesentlich geringer als bei Tektonischen
Einsturzbeben
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sind sehr selten
Entstehen, wenn Hohlräume in der Erdkruste einstürzen
Es ereignen sich jährlich zwar sehr viele, aber die wenigsten werden
überhaupt wahrgenommen.
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Land- und Seebeben
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Die meisten Beben geschehen unter Wasser (Seebeben, ca. 85%)
Die Erdbebenherde (Hypozentren) sind sehr unregelmässig verteilt, sind mit
den Randzonen der Erdplatten aber identisch
Tiefer der Erdbeben
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Erdbeben können nahe der Oberfläche aber auch sehr tief vorkommen
Wir Unterscheiden:
- Oberflächennahe Beben (Bebenherd ca. 70km Tiefe)
- Zwischenbeben (Bebenherd ca. 70-300km Tiefe)
- Tiefbeben: (Bebenherd ca. 300-700km Tiefe)
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Am stärksten sind die Auswirkungen beim Ortsbeben, wo die Erdoberfläche
am heftigsten erschüttert wird. Je tiefer ein Beben ist umso mehr nimmt die
Wirkung an der Oberfläche ab.
Wie werden Erdbeben gemessen?
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Gemessen werden die seismischen Wellen mit einem Seismographen
Die Energiemenge wird als Magnitude bezeichnet. Wir haben auf der
allgemein bekannten Richterskala Magnituden von 1–9.
Von Magnitude zu Magnitude wird die freigesetzte Kraft je zehnmal stärker.
Messung nach Intensität
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Erdbeben werden auch nach ihrer Intensität, d.h. Zerstörungskraft gemessen.
Dabei reicht die Skala von unmerklichen Erschütterungen bis zu
„landschaftsverändernd“
Ursache von Erdbeben
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Wenn zwei Erdplatten aufeinander zukommen (konvergieren) kann es dabei
zur Faltung von Gebirgen kommen oder bei Subduktion (eine schiebt sich
unter die andere) zu Tiefseegräben.
Aneinander vorbeischerende Erdplatten, bei denen die Ränder aneinander
reiben. Wenn die gestaute Energie den Widerstand des Gesteins übersteigt,
kommt es zu einem oder mehren Erdbeben.
Solche Beben können durch seismische Wellen tausende von Kilometern
weiter, weitere Beben auslösen.
Konvektionstheorie
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Wenn zwei Konvektionsströme sich voneinander entfernen, dann hat das auf
die Erdplatten eine divergierende Wirkung
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Stossen zwei Konvektionsströme aufeinander entsteht ein Sog, dies für die
Erdplatten konvergierende Wirkung, da eine unter die andere gezogen wird
und in die Asthenosphäre absinkt. Dieser tektonische Vorgang kann
Tiefseebeben hervorrufen.
Wo treten die Erdbeben am häufigsten auf?
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ca. 95% aller Beben im Ozeanboden und am Plattenrand
ca. 5% aller Beben weit von Plattenrändern entfernt.
Erdbebenwarnung
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Grundsatz der Richter-Formel: Je grösser die Magnitude, desto geringer die
Zahl der Beben
Vor dem Beben treten in den entsprechenden Gebieten feine Risse
(Mikrorisse) auf. Dies kann Tage, Monate oder Jahre vor einem Beben
passieren. Dies wird Dilatanz genannt
Dilatanz wird darum als Erdbebenvorbote bezeichnet
Durch die Dilatanz wird das Gestein an den entsprechenden Stellen
aufgelockert und leicht gewölbt. Meist lässt sich das nur mit spziellen
Messgeräten messen, da die Fläche der Gesteinsmassen mehrere
Quadratkilometer ist.
Als Regel gilt: Je grösser das Dilatanzgebiet und je länger der
Dilatanzvorgang dauert desto grösser muss wird auch das zu erwartende
Erdbeben sein.
Vor einem Erdbeben nimmt die Zahl der Kleinbeben (die nur mit ganz feinen
Geräten gemessen werden könne) stark zu.
Im Gestein finden kurz vor dem Erdbeben magnetische Störungen statt.
Wenn sich all diese Zeichen häufen, dann ist es sehr wahrscheinlich, dass es
sich nur noch um Stunden oder Tagen bis zum Beben handelt.
Dies erfordert aber sehr genaue und feine Gerätschaften.
Theorien
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Man diskutiert, ob man durch kleine kontrollierte Beben die Spannungen
grosser Beben abbauen kann. Dafür gibt es mehrere Ideen, von Wasser in ein
Loch pumpen bis zu kleinen Atomexplosionen.
Anzeichen
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Tiefseefische verlassen kurz vor einem Beben den Ort
Ratten und Mäuse verlassen die Häuser
Hühner weigern sich in den Stall zu gehen
Ungewöhnliche Lichterscheinungen am Himmel, besonders flache
Regenbogen, etc.
Unmittelbar vor dem Beben: plötzliche versiegen von Quellen sowie An- bzw.
Abstieg des Grundwassers.
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