Acrobat Distiller, Job 19

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VON ALFRED WEGENERS
KONTINENTALDRIFT
ZUR PLATTENTEKTONIK
von
Sissy Hundsbichler
Eine neue wissenschaftliche Wahrheit pflegt sich nicht in der Weise
durchzusetzen, daß ihre Gegner überzeugt werden und sich als
belehrt erklären, sondern vielmehr dadurch, daß ihre Gegner
allmählich aussterben und daß die heranwachsende Generation
von vornherein mit der Wahrheit vertraut gemacht ist.
Max Planck, 1945
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INHALTSANGABE
Schalenbau der Erde
Seite 2
Wegener und die Kontinentaldrift
Seite 3
Pangäa
Seite 5
Die Beweise liegen im Meer
Seite 6
Der Aufbau der Lithosphäre und Asthenosphäre
Seite 7
Vorgänge an den Plattengrenzen
Seite 8
Plattenmosaik der Erde
Seite 12
Plattenkollision und Orogenese
Seite 14
Hot spots
Seite 14
Mantle plumes
Seite 15
Konvektionswalzen
Seite 15
Schalenbau der Erde
Die Erde hat einen Durchmesser von rund 12.750 km. Über den inneren Aufbau
der Erde ist bis heute nur wenig bekannt. Viele Erkenntnisse wurden durch die
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Erdbebenforschung gewonnen. Erdbeben verursachen Schwingungen, die mit
einer bestimmten Geschwindigkeit um die Erde laufen und durch
Seismographen registriert werden. Etwa 20 - 70 km unter den Kontinenten und 5 10 km unter den Meeresböden erhöht sich die Geschwindigkeit der
Erdbebenwellen plötzlich von 6 km auf 8 km pro Sekunde. Die Grenzfläche wird
als “Mohorovicic - Diskontinuität” bezeichnet und markiert die Grenze zwischen
der festen Erdkruste und dem darunterliegenden Erdmantel. Offenbar besteht
dieser aus Silikaten; nach der Fortpflanzungs-geschwindigkeit der ihn
durchwandernden Erdbebenwellen zu schließen, müssen jedoch diese Silikate
andere physikalische Eigenschaften besitzen als jene, die wir von unserer
Erdkrustenoberfläche her kennen. Vieles deutet daraufhin, daß es sich bei ihnen
um Minerale aus der Olivin-Gruppe handelt, die vergleichsweise viel Magnesium
und Eisen bei wenig Aluminium enthalten.
Die Wellengeschwindigkeit erhöht sich dann bis in eine Tiefe von 2.900 km auf 13
km pro Sekunde und sinkt dann plötzlich wieder auf 8 km pro Sekunde ab. Diese
Geschwindigkeitsänderung markiert den Wechsel vom Erdmantel zum äußeren
Erdkern.
Heute differenzieren Geologen zwischen einem äußeren, flüssigen Eisen-NickelKern, wobei die dort vorhandenen elektrothermischen Strömungen das
Magnetfeld der Erde verursachen, und ab ca. 5.100 km einem inneren Kern.
Man glaubt, daß er sich in einem festen Zustand befindet.
Mit der Tiefe nehmen auch Temperatur und Druck zu. Während das Gestein an
der Oberfläche die Durchschnittstemperatur der Umgebung annimmt, steigt die
Temperatur um etwa 30 Grad Celsius pro 1.000 m Tiefe. In vulkanisch aktiven
Gebieten liegt dieser geothermische Gradient bei 60 - 100 Grad Celsius pro 1.000
m. Im Erdkern liegt die Temperatur wie an der Sonnenoberfläche bei rund 5.000 6.000 Grad Celsius, der Druck beträgt zirka eine Million Atmosphären. Obwohl
die Erde nach ihrer Entstehung ein glühender Körper war, hat sie bis heute die
Wärme fast völlig abgestrahlt. Wärme wird allerdings in der Tiefe durch den
Zerfall radioaktiver Elemente in großer Menge nachgeliefert.
Schalenbau:
Lithosphäre
Oberer Mantel
(Astenosphäre)
Unterer Mantel
Äußerer Kern
Innerer Kern
bis 100 km
100 - 1000 km
100 - 300 km
1000 - 2900 km
2900 - 5100 km
5100 - 6370 km
Wegener und die Kontinentaldrift
Wesentlich Grundzüge der heutigen Plattentektonik waren schon von Alfred
Wegener im Jahre 1912 bzw. 1915 erkannt worden.
Alfred L. Wegener, geb. 1880 in Berlin, gest. 1930 in Grönland
Der studierte Mathematiker und Naturwissenschaftler widmete sich in jungen
Jahren der meteorologischen Erforschung der Atmosphäre mit Hilfe von
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Drachen- und Ballonaufstiegen. 1906 stellte er mit seinem Bruder Kurt sogar einen
Weltrekord im Ballondauerflug auf. Bald machte Wegener durch zahlreiche
Veröffentlichungen von sich reden. Er arbeitete über Thermodynamik und
Wolkenphysik und entwickelte die aufsehenerregende Theorie von der
Verschiebung der Kontinente. Er brach zu mehreren Grönlandexpeditionen auf,
um die meteorologischen Bedingungen des Inlandeises zu erforschen. Ab 1924
hatte er an der Grazer Universität die Lehrkanzel für Geophysik und Meteorologie
inne. Dort feilte er auch an seiner Kontinentalverschiebungstheorie (die sich erst
nach seinem Tod durchsetzen sollte) und bereitete eine weitere Reise ins Eis vor.
Wenige Tage nach seinem 50. Geburtstag starb Wegener, wahrscheinlich an
Überanstrengung, im Grönlandeis.
1912 stellte Wegener die These auf, die Kontinente hätten ursprünglich eine
einzige, zusammenhängende Granitmasse gebildet, einen Superkontinent, den
Wegener “Pangäa” (Allerde) nannte. Kontinente, aus relativ leichtem Gestein,
“schwimmen” in relativ schwererem, ozeanischen Material wie Eisberge im
Wasser.
Irgendwann im Laufe der geologischen Erdgeschichte sei diese Tafel
auseinander-gebrochen, und die einzelnen Kontinente hätten sich von einander
gelöst. Außerdem sei nur der Pazifische Ozean ein Ur-Ozean, alle anderen tiefen
Meere entstanden erst durch das Auseinanderdriften der Kontinentfragmente. Er
behauptete, dieser Prozess sei immer noch im Gange - Grönland beispielsweise
entferne sich mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Jahr von Europa.
Auf diesen Gedanken gekommen war Wegener (wie andere vor ihm, als erster
vielleicht Francis Bacon um das Jahr 1620) vor allem deswegen, weil der östliche
Rand Südamerikas und der westliche Rand Afrikas ineinanderzupassen scheinen
wie zwei Scherben eines zerbrochenen Kruges.
Wegener stieß mit seiner Theorie auf barsche Ablehnung (“Fieberphantasien des
von Krustendrehkrankheit und Polschubseuche schwer Befallenen” - F. KernerMarilaun, angesehener österr. Paläoklimatologe, 1918) und dabei blieb es ein
halbes Jahrhundert lang.
Es ist wichtig, an dieser Stelle die wesentlichen Gründe für den Widerwillen der
Geologen gegen die Thesen Wegeners zu benennen. Leute, die sich als wissenschaftliche Außenseiter betätigen, verteidigen ihre möglicherweise dubiosen
Theorien oft mit dem Hinweis darauf, daß die Schulwissenschaftler zum
Dogmatismus neigten und neuen Ansätzen gegenüber nicht aufgeschlossen
seien. Als Beispiel verweisen sie oft auf Wegener und seine Theorie von der
Kontinentaldrift - und gerade in diesem Punkt liegen sie falsch.
Die Geologen hatten nämlich gar nichts gegen die Vorstellung von einem
Urkontinent “Pangäa”, der dann in einzelne Teile auseinanderbrach. Ihr
Einspruch richtete sich vielmehr gegen den von Wegener unterstellten
Mechanismus der Kontinentaldrift, d. h. gegen die Vorstellung, daß riesige
Granitschollen durch einen Basalt-”Ozean” getrieben seien (und noch heute
treiben sollen). Das plausibelste Argument gegen Wegener lautete, daß die
Basaltschicht, die die Unterlage sowohl für die Ozeanbecken als auch für die
Festlandmassen bildet, einfach zu hart und starr ist, als daß sich die granitischen
Kontinente auf ihr vorwärtsschieben könnten - und sei es auch noch so langsam.
Für die durch geographische und biologische Indizien wahrscheinlich gemachte
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Verlagerung der Kontinente muß somit ein anderer Mechanismus verantwortlich
sein - ein Mechanismus, der physikalisch nachvollziehbar ist und für den es
empirische Belege gibt.
Denn daß es in der Tat vor langer Zeit keinen Atlantischen Ozean gab und daß
die heute getrennten Erdteile einst eine einzige zusammenhängende
Landmasse bildeten, dafür kam mit der Zeit eine immer eindrucksvollere Menge
an Beobachtungsdaten zusammen.
Wenn man die Umrisse der Kontinente aneinanderlegt, und zwar nicht ihre
Küstenlinien (die Zufallsprodukt des heutigen Wasserstandes der Meere sind),
sondern die Festlandsockel als Ganzes, d.h. einschließlich des den Kontinenten
vorgelagerten Schelfs, so passen alle Teile des Puzzles nahtlos zusammen.
Sowohl im Bereich des nördlichen wie im Bereich des südlichen Atlantik. Dazu
kommt, daß sich in Teilen des westlichen Afrika Gesteinsformationen finden, zu
denen es in Teilen des östlichen Südamerika identische Entsprechungen gibt.
Darüber hinaus lassen sich frühere Verlagerungen der Magnetpole der Erde
wesentlich einfacher erklären, wenn man annimmt, daß nicht die Pole, sondern
die Kontinente sich verlagert haben.
Der Uramazonas hatte seinen Ursprung in der Sahara und floß von Ost nach West
in den Pazifik. Durch die Kontinentalverschiebung (Entstehung des Atlantik und
der Anden) kehrte der Flusslauf sich nach Osten um. Der Amazonas mündet
heute in den Atlantik. Bestimmte Meeresfische überlebten die Anpassung an das
Süßwasser im Westen des Tieflandes.
Noch beweiskräftiger waren die Anhaltspunkte im paläontologischen Bereich.
So wurde beispielsweise 1968 in der Antarktis ein versteinerter Knochen von einer
ausge-storbenen Amphibienart gefunden. Daß ein solches Tier nahe am Südpol
gelebt haben könnte, ist undenkbar. Der antarktische Kontinent muß also einst
weiter vom Pol entfernt gewesen sein oder zumindest ein wärmeres Klima
gehabt haben. Das Amphibium wäre nicht in der Lage gewesen, einen auch
noch so schmalen Meerwasserstreifen zwischen zwei Landmassen zu
überwinden; die Antarktis muß daher mit einer größeren, bis in wärmere
Regionen hineinreichenden Landmasse verbunden gewesen sein. Weitere
Klimazeugen, wie etwa fossile Moränen im heutigen heißen Indien und
versteinerte Mammutbäume im vergletscherten Spitzbergen, beweisen somit,
daß die Verschiebung der Kontinente diese ja in vielen Fällen gleichzeitig in ein
anderes Klimagebiet gebracht hat.
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Pangäa
Die Geologen sind heute in der Lage, den Ablauf der bislang letzten
Aufspaltung von Pangäa zu rekonstruieren, wenngleich vorerst nur in grober
Annäherung.
So hat Pangäa tatsächlich einmal existiert, und zwar als zusammenhängendes
Gebilde bis vor etwa 225 Millionen Jahren (Perm - Paläozoikum - Erdaltertum), als
die Blütezeit der Dinosaurier einsetzte. Die zwei Weltmeere nannte Wegener
“Panthalassa” und “Tethysmeer”. Nach der Evolution und Verteilung von
Pflanzen- und Tierarten zu schließen, muß der Zerfall sich vor rund 200 Millionen
Jahren (Trias im Mesozoikum = Erdmittelalter) vollzogen haben. Pangäa brach
damals in drei Teile auseinander.
Laurasia: Der nördliche Teil, der die heutigen Kontinente Nordamerika, Europa
und Asien umfasste. Laurasia deshalb, da die geologisch ältesten
Oberflächengesteine Nordamerikas diejenigen der Laurentiden-Berge sind.
Gondwana: Der nach einer indischen Provinz benannte südliche Teil, bestehend
aus Südamerika, Afrika und Indien.
Der dritte Teil umfasste die Antarktis und Australien.
Vor etwa 65 Millionen Jahren (Kreidezeit im Mesozoikum) lösten sich von
Gondwana zwei Bruchstücke ab: ein großes im Westen, das heutige
Südamerika, und ein kleineres im Osten, das heutige Indien, das in Richtung der
asiatischen Südküste driftete. Schließlich trennte sich Nordamerika von Europa,
Indien wanderte 8800 km nordwärts, rammte die südasiatische Küste und gab
damit den Anstoß zur Entstehung des Himalaja, des Pamir und der tibetanischen
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Hochebene, die zusammen die jüngste, größte und eindruckvollste
Hochgebirgslandschaft der Erde bilden.
Beide Teile Laurasias wurden nach ihrer Trennung nach Norden abgedrängt, so
daß sie schließlich die Nordpolarregion zwischen sich einschlossen.
Australien und die Antarktis trennten sich möglicherweise erst vor 40 Millionen
Jahren. Die Antarktis wanderte südwärts ihrem eisigen Geschick entgegen.
Australien bewegt sich noch heute nordwärts.
So stellte sich schließlich die uns heute (Kenozoikum) vertraute Konstellation der
Erd-teile ein.
Die Beweise liegen im Meer
Bei Forschungen im Atlantischen Ozean in den 20er und 30er Jahren wurde
erstmals ein Echolot eingesetzt. (Echolot ist ein Gerät, bei dem aus dem
gemessenen Zeitabstand zwischen der Aussendung eines kurzen Signals und
dem Eintreffen des Echos die Strecke berechnet wird, die das Signal in dieser Zeit
zurückgelegt hat; also die Strecke zum Meeresboden und zurück). Bald wurde
klar, daß der Meeresboden keineswegs, wie früher angenommen, flach und
konturlos, sondern eine regelrechte Gebirgskette war, länger und zerklüfteter als
irgendein Gebirge außerhalb des Meeres. Diese Gebirge ziehen sich der
Längsachse des Atlantiks entlang; seine höchsten Gipfel durchstoßen die
Wasseroberfläche und treten als Inseln in Erscheinung. Im Nordatlantik sind das z.
B. die Azoren und Island, im Südatlantik Tristan da Cunha. Man nennt diese
Gebirgskette den “Mittelatlantischen Rücken”.
Seither sind weitere aufregende Entdeckungen hinzugekommen. Die Insel
Hawaii ist nichts anderes als die Spitze eines 10.000 m hohen, untermeerischen
Vulkans. Man könnte daher mit gewissem Recht behaupten, daß Hawaii der
höchste Berg der Erde ist.
Der “Mittelatlantische Rücken” barg nach wie vor neue Überraschungen.
Echolot-messungen ergaben, daß er weit über den Atlantik hinausreicht. An
dessen Südende läuft er als “Atlantisch- Indischer Rücken” in einem Bogen um
das südliche Afrika herum. Auf halbem Weg dorthin verzweigt er sich, so daß er
eine zweite Fortsetzung im “Zentralindischen Rücken” findet. Dieser setzt sich
nach Süden als “Indisch-Antarktischer Rücken” an Australien und Neuseeland
vorbei fort und durchzieht dann in einem riesigen Bogen nordwärts als
“Ostpazifikrücken” den Pazifik.
Dieser unterseeische Gebirgszug, der alle drei großen Weltmeere unterteilt,
unterscheidet sich in einer sehr grundlegenden Beziehung von den Gebirgen an
Land: diese bestehen meist aus aufgefalteten Gesteinen unterschiedlichster
Herkunft; die riesigen, untermeerischen Rücken hingegen ausschließlich aus
Basalt.
Nach dem zweiten Weltkrieg widmeten sich die Geologen Ewing und Heezen
mit neuer Energie dem Studium des Meeresbodens. Präzise Echolotmessungen
ergaben, daß die “Mittelozeanischen Rücken” selbst der Länge nach durch eine
tiefe, schluchtartige Spalte geteilt sind. An einigen Stellen kommt dieser
“Zentralgraben”, wie die Spalte auch heißt, dem Festland ziemlich nahe. Er
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durchläuft der Länge nach das “Rote Meer” zwischen Afrika und der Arabischen
Halbinsel und zieht sich, die nordamerikanische Pazifikküste fast berührend,
durch den Golf von Kalifornien und längs der kalifornischen Küste nach Norden.
Zunächst hatte es den Anschein, als könne es sich um einen durchgehenden
Zentralgraben handeln, einen 65.000 km langen Riss in der Erdkruste. Bei näherer
Untersuchung stellte sich aber heraus, daß er in zahlreiche kurze, jeweils
geradlinig verlaufende Abschnitte zerstückelt ist, deren Enden gegeneinander
versetzt sind, so als sei er im Laufe der Erdgeschichte durch vielfältige
Zerscherungsprozesse der Erdkruste entstanden. Bezeichnenderweise säumen
den Weg des Zentralgrabens die aktivsten Erdbeben- und Vulkangebiete
unserer Erde, allerdings von geringer Intensität.
Bei Wegener spielte die “Mittelatlantische Schwelle” keine besondere Rolle. Sie
war für ihn einfach die einstige, jetzt ruinenhafte und tektonisch tote Abrißstelle
der Festländer, ein “Abfallprodukt”.
Der Aufbau der Lithosphäre und Asthenosphäre
Alfred Wegener hatte zwischen den sich bewegenden Kontinenten einerseits
und der ozeanischen Erdkruste andererseits unterschieden. Über den Aufbau
beider Erdkrusten-Typen war zu seiner Zeit sehr wenig bekannt, noch weniger
über die darunterliegenden Teile des Erdmantels.
Die Grundeinheiten der Plattentektonik unterscheiden sich von den driftenden
Kontinenten Wegeners grundsätzlich in zwei Eigenschaften:
* Die starren Lithosphären-Platten umfassen nicht nur die Erdkruste, sondern
auch
den oberen Mantel bis in Tiefen von etwa 100 bis 200 km.
* Die Einheiten der Plattentektonik umfassen nur in seltenen Ausnahmefällen
ausschließlich kontinentale Kruste, meistens setzen sie sich aus
Kontinenten und
Ozeanteilen zusammen, manchmal bestehen sie nur
aus ozeanischem Untergrund.
Von der Erdkruste weiß man seit langem, daß sie unter den Kontinenten ganz
anders aufgebaut ist als unter den Ozeanen.
Die Erdkruste besteht aus zwei Schalen:
Kontinentale Kruste oder Granitschale (SIAL: Silizium und Aluminium)
Granit ist kein vulkanisches Gestein und spezifisch leichter als Basalt. Die
kontinentale Kruste ist nicht erdumspannend und baut die Kontinente auf. Sie ist
in der Regel 20 - 70 km dick und grenzt in dieser Tiefe an einer durch die
Beobachtung von Erdbeben-wellen und von künstlichen Sprengungen im
allgemeinen gut erkennbare Grenze, der “Mohorovicic-Diskontinuität”, kurz
“Moho” genannt, an den oberen Erdmantel. (Die Erdbebenwellen pflanzen sich
an dieser Grenze schlagartig mit erhöhter Geschwindig-keit fort).
Über die Natur der “Moho” ist noch nichts endgültiges bekannt; wahrscheinlich
handelt es sich um eine Übergangszone zwischen Mineralphasen, die chemisch
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in etwa basaltische Zusammensetzung hat.
Ozeanische Kruste oder Basaltschale (SIMA: Silizium und Magnesium)
Basalt: vulkanisches Gestein, relativ schwer. Die ozeanische Kruste ist erdumspannend und an manchen Stellen nur 5 - 10 km mächtig. Sie beginnt in den
großen Ozeanen erst rund 4000 m unter dem Meeresspiegel. Dort, wo die
Basaltschale unter den Meeresböden verläuft, fehlt ihre Granitauflage. Dafür ist
sie mit einer höchstens einige Kilometer dicken Schicht aus Sediment- oder
Ablagerungsgesteinen bedeckt, darunter befindet sich eine Abfolge von
Vulkaniten und Plutoniten. Ungefähr 10 km unter dem Meeresboden folgt eine
Moho-Diskontinuität, ähnlich wie die unter der kontinentalen Kruste, und ein
Erdmantel, der sich nur in Nuancen vom Mantel unter der kontinentalen Kruste
unterscheidet.
Die starre äußere Hülle der Erde umfaßt nicht nur die Kruste, sondern auch den
oberen Erdmantel bis zu einer Tiefe von 100 km. Sie wird mit dem Begriff
“Lithosphäre” zusammengefaßt. Unterhalb 100 km sind die Temperaturen so
hoch, daß bis zu 10%
des Gesteins geschmolzen sind und dadurch die ganze Schicht zähplastisch
wird.
Diese “Asthenosphäre” (Schwächezone) wirkt wie eine Gleitschicht für die
auflagernde Lithosphäre. Sie befindet sich unter der Krustengrenze, also unter
der “Moho”. (Sie liegt unter den Ozeanen etwa 100 km unter der Erdoberfläche,
unter den Kontinenten etwa 200 km.)
Sie zeichnet sich auch dadurch aus, daß die Geschwindigkeit der seismischen
Longitudinalwellen in ihr um einiges geringer ist als sonst im oberen Mantel
üblich.
Vorgänge an den Plattengrenzen
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Die Plattentektonik zerlegt also die Erdoberfläche in Lithosphärenplatten, die
unter den Ozeanen etwa 100 km, unter den Kontinenten etwa 200 km dick sind.
Die Lithos-phärenplatten sind voneinander durch drei Typen von Grenzen
getrennt. Sie sind nicht nur räumlich definierbare Grenzen, an ihnen spielen sich
vielmehr auch alle wesentlichen Vorgänge der Dynamik der Erde ab.
Man unterscheidet:
Konstruktive Plattengrenzen:
Grenzen, an denen neue ozeanische Erdkruste entsteht. Es sind die Mittellinien
der ozeanischen Rücken, an denen “Sea-floor spreading” stattfindet.
Destruktive Plattengrenzen:
Hier taucht ozeanische Lithosphäre, in seltenen Fällen auch kontinentales
Material unter eine andere Lithosphärenplatte ab. Dieser Vorgang ist im
allgemeinen mit Gebirgsbildung im weitesten Sinne verbunden. Solche Grenzen
werden “Subduktions-zonen” genannt.
Transform - Verwerfungen (Transform faults)
Horizontalverschiebungszonen:
Das sind Horizontalbewegungen ozeanischer, in gewissen Fällen auch
kontinentaler Lithosphäre, an denen neue Erdkruste weder gebildet noch
vernichtet wird. An diesen Flächen gehen stetig Verschiebungen vor sich,
solange ein ozeanischer Rücken als Sea-floor spreading-Zentrum aktiv ist. Man
darf sich diese Bewegung allerdings nicht so vorstellen, als ob ein zunächst
gerade verlaufender Rücken nachträglich wie von Blattverschiebungen versetzt
würde. Vielmehr geht das Aufreißen einer mittelozeanischen Spalte von
vornherein mannigfach versetzt vor sich. Die Transformverwerfungen entstehen
als Ausgleichsbewegungen wegen der kugelschal-förmigen Oberfläche der
Lithosphärenplatten
Folge: häufiges Auftreten von Erdbeben (1906, 1989 - San Francisco).
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St. Andreas - Graben
Der St. Andreas-Graben in Kalifornien bildet eine Grenze zwischen der
Amerikanischen und der Pazifischen Platte. Die Amerikanische Platte bewegt
sich nach Süden, die Pazifische Platte nach Norden. Auf der Amerikanischen
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Platte liegt San Francisco, auf der Pazifischen Los Angeles. Wenn die Bewegung
der Platten mit der gleichen Geschwindigkeit wie jetzt andauert, dann werden
die beiden Städte, die sich momentan in ca. 600 km Entfernung von einander
befinden, in ein paar tausend Jahren bei-einanderliegen. Die
Bewegungsenergie wird gestaucht. Deshalb kommt es in dieser Gegend öfter zu
Vulkanausbrüchen und Erdbeben. 1906 kam es zu einer plötzlichen
Seitversetzung der nach Norden wandernden Pazifischen Platte um 6 Meter!
Sea-floor spreading
(Dehnungszonen, Divergenzzonen)
1960 wagten die Geologen Hess und Dietz auf der Basis der neuen Erkenntnisse
die Hypothese, daß möglicherweise geschmolzene Materie aus dem Erdmantel
nach oben dringt - beispielsweise im Bereich bestimmter Bruchlinien, die sich
entlang der Längsachse des Atlantik erstrecken - und im hängenden Bereich
des Mantels beidseitig auseinanderweicht, um schließlich abzukühlen und zu
erhärten. Die Meeresböden werden quasi an solchen mittelozeanischen
Längsachsen auseinandergezogen. Die Kontinente würden demnach nicht
auseinanderdriften, sondern von den seitlich auseinanderstrebenden
Meeresböden passiv mitgeschleppt.
Sea-floor spreading-Zentren sind im eigentlichen Sinn alle aktiven ozeanischen
Rücken, da dort neue, ozeanische Kruste entsteht.
Im Grundsatz entsteht bei jedem Vulkanausbruch punktuell ein Stückchen neue
Erdkruste. Insgesamt spielt sich der größte Teil der vulkanischen Vorgänge auf
der Erde an vier Strukturtypen ab.
1. Die Gebirge rund um den Pazifischen Ozean und längs des Südrandes von
Europa
und Asien
2. Vulkangruppen längs ausgeprägter Grabenstrukturen innerhalb von
Kontinenten
(ostafrikanisches Grabensystem)
3. Andere Vulkane liegen mitten im Ozean, weitab von Kontinenträndern und
ozeanischen Rücken.
4. Der weitaus größte und stetigste Vulkanismus aber findet in den Ozeanen
längs der mittel-ozeanischen Rücken statt, wenn er auch nur selten, wie etwa
in Island an der Oberfläche sichtbar ist.
Magnetfeld:
Auch das Magnetfeld der Erde änderte sich im Verlauf der Erdgeschichte.
Bestimmte magnetische Gesteine konservieren die Ausrichtung des
Magnetfeldes über Jahrmillionen. Am “Mittelatlantischen Rücken” wurden
langgezogene Streifen starker und schwacher Magnetfelder gefunden, die
einander abwechseln. Sie liegen symmetrisch auf beiden Seiten des
“Mittelatlantischen Rückens”. Der naheliegende Schluß war, daß hier durch den
Aufstieg von Magma ständig neuer Meeresboden gebildet wird, der vom
Rücken in entgegengesetzte Richtungen wegdriftet. Beim Erkalten der Gesteine
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wird die Richtung des jeweils herrschenden Magnetfeldes konserviert. Das
Basaltgestein ist unmittelbar am Rand des Zentralgrabens am jüngsten und wird
desto älter, je weiter man sich nach beiden Seiten entfernt.
Meeresbodenstreifen, die dieselbe Magnetfeldrichtung wie heute aufweisen,
haben ein starkes Magnetfeld. Streifen mit entgegengesetzter Magnetisierung
ein schwaches Feld. Da die Zeit zwischen den jüngsten Umpolungen des
Erdmagnetfeldes bekannt ist, läßt sich aus der Breite der Streifen eine
Driftgeschwindigkeit berechnen. Sie liegt im nördlichen Bereich des
“Mittelatlantischen Rückens” bei etwa 1 cm pro Jahr, im südlichen Bereich bei 5
cm pro Jahr.
Das Breitenwachstum der mittelozeanischen Rücken kann bis zu 16 cm pro Jahr
betragen, so daß in 100 Millionen Jahren möglicherweise der gesamte
Ozeanboden des Pazifik von neu gebildetem Basalt bedeckt sein wird.
Sedimente vom Meeresboden sind in der Tat nur in seltenen Fällen älter als 100
Millionen Jahre, was angesichts eines 45 mal höheren Erdalters sehr
verwunderlich ist, ließe es sich nicht mit der kontinuierlichen Ausbreitung der
Meeresböden erklären.
Bei Wegener ist der Meeresboden alt, er kommt bei der Verschiebung der
Kontinente nur neu zum Vorschein. Tatsächlich sind die Ozeanböden jünger als
die meisten Kontinentteile und sie sind bei weitem mobiler als diese.
So, wie infolge des Sea-floor spreading an manchen Stellen Platten aneinandergedrückt werden, werden an anderen welche auseinandergerissen. Der Mittelatlantische Rücken verläuft genau durch das westliche Island, das, wenn auch
sehr langsam, auseinanderbricht.
Ein anderer Dehnungsbereich ist das “Rote Meer”, das noch ziemlich jung ist und
seine Existenz nur der Tatsache verdankt, daß Afrika und die Arabische Halbinsel
sich voneinander entfernen. Dieser Prozeß hält an, so daß das “Rote Meer”
gewissermaßen ein neuer, in der Entstehung begriffener Ozean ist. Daß am
Boden des “Roten Meeres” Magma aufdringt, darauf deutet die Tatsache hin,
daß es in der Tiefe dieses Gewässers Stellen gibt, wo die Temperatur 65 Grad
Celsius beträgt und der Salzgehalt mindestens fünfmal so hoch ist wie bei
normalem Meerwasser.
Subduktionszonen ( Verschluckungszonen , Konvergenzzone )
Durch die ständige Neubildung von Meeresboden müßte sich der Erdumfang
langsam vergrößern. Da dies aber nicht der Fall ist, muß es einen Mechanismus
geben, der zum Verschwinden von Meeresboden führt. Wenn zwei Platten an
einer Plattengrenze auseinanderrücken, dann ist es klar, daß es auf der jeweils
gegenüberliegenden Seite zu Druckspannungen mit der nächst angrenzenden
Platte kommen muß. Wenn sich auf diese Weise zwei Platten aufeinander
zubewegen, bauen sich diese Spannungen langsam und kontinuierlich auf (bei
einer Wanderungsgeschwindigkeit der “aktiven” Platte von nicht mehr als 5 cm
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pro Jahr), und es kommt an der Kontaktfläche zu Stauchungen,
Krustenüberschiebungen und Faltenbildungen.
Bei der Subduktion taucht die schwerere ozeanische Kruste unter die leichtere
kontinentale Kruste und in den tieferen Erdmantel hinein und verschwindet somit
von der Erdoberfläche. Sie wird dort aufgeschmolzen und wieder zu Magma.
Man hat sogar schon Beweise gefunden, daß Magmasedimente nach ihrer
Reise in die Tiefe wieder in Vulkane eingebracht werden können.
Die Subduktionszonen sind durch vier auffällige Merkmale gekennzeichnet:
1. Sie bilden neben den ozeanischen Rücken die Hauptvulkangebiete der Erde.
2. Sie sind die erdbebenreichsten Gebiete der Erde.
3. Sie werden entweder von Faltengebirgen oder von Inselbögen begleitet.
4. Sie werden STETS von Tiefseegräben begleitet, von schmalen Furchen im
Ozeanboden, die weit unter die durchschnittliche Meerestiefe
hinabreichen.
Ein typisches Beispiel für solche Subduktionszonen ist die Westküste von Amerika.
Vor der Küste liegt ein Tiefseegraben. Er markiert die eigentliche
Subduktionszone. Auf der Kontinentalplatte zieht sich ein Gebirge mit aktiven
Vulkanen von Alaska bis nach Feuerland. Die Kollision der Platten wird auch von
starken Erdbeben begleitet.
Wenn man die Pazifische Platte betrachtet, stellt man fest, daß sie ringsum von
zahlreichen aktiven und erloschenen Vulkanen gesäumt ist. Man nennt diese
Anordnung auch den “PAZIFISCHEN FEUERRING”. (Japan, Philippinen, Aleuten....)
Das Plattenmosaik der Erde
Man unterscheidet 7 größere Lithosphärenplatten, die durch auffällige
ozeanische Rücken und Subduktionszonen voneinander abgegrenzt sind und
zahlreiche mittlere und kleinere Platten (“Microplates”).
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DIE AMERIKA - PLATTE
Sie umfaßt Nord-, Mittel- und Südamerika sowie den gesamten Westteil des
Atlantischen Ozeans vom Mittelatlantischen Rücken bis zum passiven
Kontinentrand an der Ostküste Amerikas. Während der Ostrand der Platte, der
Mittelatlantische Rücken, recht einheitlich gebaut ist, setzt sich der Süd- und
Westrand aus vielen, sehr unterschiedlichen Segmenten zusammen.
DIE AFRIKA - PLATTE
Die Afrika-Platte hat seit langer Zeit nach drei Seiten mittelozeanische Rücken als
Ränder; komplizierte Grenzen zeigt sie nur gegen Norden. Dort geht sie an einem
schwierig zu entwirrenden Bündel von Kleinplatten und Subduktionszonen in den
europäischen Kontinent über.
DIE ANTARKTIS - PLATTE
Die Antarktis-Platte besteht aus einem kontinentalen Kern, der allseits von
ozeanischer Kruste umgeben ist. Die Grenze wird fast überall durch aktive
ozeanische Rücken gebildet.
DIE AUSTRALISCHE PLATTE
Die Australische Platte ist komplizierter zusammengesetzt und mit komplizierteren
Grenzen versehen als die Afrika- und Antarktis-Platten. Ihr gehören heute der
größere Teil des Indischen Ozeans, ein Stück Südpolarmeer, die kontinentalen
Gebiete Australiens mit Tasmanien, ein Teil von Neuseeland sowie “GondwanaIndien”, also dessen präkambrischer Schild samt Sri Lanka an.
DIE PAZIFIK - PLATTE
Die Pazifik-Platte besteht ausschließlich aus ozeanischer Kruste, wenn man den
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schmalen Streifen kalifornischer Küste im Osten nicht rechnet. Im Osten ist,
abgesehen vom Transform Fault-System des Golfs von Kalifornien und der SanAndreas-Verwerfung, stets der Ostpazifische Rücken die Grenze gegen die
Amerika-Platte und die Nazca-Platte. Im Südosten ist die Grenze der PazifischAntarktische Rücken; im Südwesten, Westen und Nordwesten das vielfältige
Muster von Subduktionszonen an den Inselbögen Südost- und Ostasiens.
Im Nordwest-Pazifik liegt auch die älteste überhaupt auf der Erde vorhandene
ozeanische Kruste.
DIE NAZCA - PLATTE
Diese kleine, aber mit etwa 10 cm pro Jahr sehr schnelle Platte ist ebenfalls rein
ozeanisch. Sie liegt westlich der zentralen Anden, unter die sie subduziert wird,
und ist auf den übrigen drei Seiten von aktiven ozeanischen Rücken begrenzt;
dem Chile- Rücken im Süden, dem Ostpazifischen Rücken im Westen und dem
Galapagos-Rücken im Norden. Sie ist die kleinste der üblicherweise aufgezählten
Großplatten und kann wohl als zeitlich limitierte Teilplatte der Pazifik-Platte
aufgefaßt werden.
DIE EURASIA - PLATTE
Die eurasische Platte ist die komplizierteste von allen. Nicht nur grenzt sie heute
an ihrem langen Süd- und Ostrand mit vielerlei Kollisionsstrukturen an mehrere
andere Platten, sie hat auch eine vielfältige plattentektonische Geschichte
hinter sich. Sie hat den größten Anteil kontinentaler Kruste; nur im Nordatlantik
und im Nördlichen Eismeer ist ein größerer Streifen ozeanischer Kruste beteiligt.
Kleinere Lithosphären Platten:
Die Arabische Platte
Die Kokos-Platte
Die Karibik-Platte
Die Drake-Platte
Die Philippinen-Platte
Plattenkollision und Orogenese
Unter Orogen versteht man die strukturelle Einheit “Gebirge”.
Ein Orogen ist also nicht notwendigerweise ein Hochgebirge, auch die tief
abgetragenen Fastebenen eines präkambrischen Schildes bestehen
überwiegend aus Orogenen. Unter Orogenese versteht man alle Vorgänge, die
zur strukturellen Prägung eines Gebirges führen.
Eine Theorie, die wie die Plattentektonik den Anspruch erhebt, ein vollständiges,
neues Erdbild zu liefern, muß daher zwangsläufig auch Gebirgsbildungstheorie
sein.
Orogene entstehen durch den Zusammenstoß zweier oder mehrerer
Lithosphären-platten, der in aller Regel mit der Ausbildung einer oder mehrerer
Subduktionszonen zusammenfällt. Dabei spielen Kollisionen von kontinentalen
Plattenteilen eine beson-dere Rolle. Nur bei Kontinent-KontinentZusammenstößen spricht man von Kollisions-orogenesen. Doch gibt es eigentlich
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keinen Fall von Plattenbegegnung, an dem nicht auch ozeanische Kruste
beteiligt wäre. Auch zwischen zwei kollidierenden Kontinenten lag stets ein
Ozean, es sei denn, sie wären vorher seitlich aneinander vorbeigeglitten.
Der Himalaja faltete sich auf, als die Platte, die den indischen Subkontinent trug,
gegen den Südostrand der “Eurasischen Platte” gepreßt wurde.
Gebirge alpinen Stils, also Hochgebirge zwischen dem westlichen Mittelmeer
und Ost-asien gehen auf den Zusammenstoß von Kontinenten zurück.
Junge Gebirge tauchen mit ihren Granitwurzeln tief in die Basaltschicht ein; in
dem Maß jedoch, wie sie durch Erosion abgetragen werden, heben sie sich als
ganze ein wenig, so daß das Gleichgewicht der Massen (Isostasie) erhalten
bleibt. Bei den nord-amerikanischen Appalachen, einem sehr alten Gebirge, ist
so gut wie keine Granit-wurzel mehr vorhanden.
Hot spots
Hot spots sind
Stellen auf der
über
lange
Vulkanismus
haben primär
eng
begrenzte
Erde, an denen
Zeit
intensiver
stattfindet.
Sie
nichts
mit
Plattentektonik zu
tun, doch sind
sie gerade durch
die
plattentektonische
Forschung
bekannt
geworden.
Solche Hot spots
pflegen
nämlich scheinbar
zu wandern; die Inseln von Hawaii sind ein gutes Beispiel. Tatsächlich wandert
aber nicht die Wärmequelle, sondern die Lithosphären-platte zieht über sie
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hinweg. Man zählt an die vierzig solcher Hot spots auf der Erde.
Beispiel Hawaii: Die pazifische Platte bewegte sich langsam nordwestwärts und
trug die neu entstandenen Vulkane wie ein Förderband laufend von der
Magmaquelle weg. Nur solange sie noch nahe genug beim Hot spot waren,
blieben sie aktiv. Die älteren Vulkane werden immer mehr erodiert, bis sie gar
nicht mehr über den Meeresspiegel aufragen (Seamounts). Ein tragisches
Schicksal ereilt die Seamounts, wenn sie bei der Subduktionszone (Kurilengraben
und Aleutengraben) ankommen: sie werden dort nämlich verschluckt !
Weitere Hot spots: Die Inseln Tristan da Cunha und St. Helena im Südatlantik, die
Kap Verde-Inseln und Madeira im Nordatlantik. Auf den Kontinenten sind das
Hoggar-Gebiet in der Sahara und das Yellowstone-Gebiet in Nordamerika als
Beispiele zu nennen.
Mantle plumes
Unter Mantle plumes versteht man aus tiefen Teilen des Erdmantels aufsteigende
Wärme- und Massenströme. Sie werden als unregelmäßig umgrenzt gedacht wie ein Haufen in leichter Strömung aufsteigender oder “aufwabernder”
Daunenfedern - und sollen letztlich Wärme und Material für die aktiven
Spaltensysteme auf Kontinenten und Ozeanen liefern. Ihr Ursprung ist unklar.
Konvektionswalzen
Warum sind die Plattenränder aktiv ?
Die Platten werden durch Strömungen im Erdmantel bewegt, so daß die Ränder
aneinander vorbeigleiten, sich voneinander entfernen oder aufeinander
zudriften. Die dabei aufgebauten Spannungen lösen sich ruckartig in
unregelmäßigen Abständen (Erdbeben). Durch diese Bewegungen entstehen
Risse in der Erdkruste, in denen Magma aus dem Erdmantel bis an die
Erdoberfläche aufsteigen kann (Vulkanismus).
Das gängigste Modell für die Dynamik der Plattentektonik ist das der
Konvektion.
Konvektionsströmung: Temperatur- und Druckausgleichsströmung.
Die Lithosphärenplatten bewegen sich passiv mit der Konvektionsströmung mit.
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Durch die großen Temperaturunterschiede zwischen Erdkern und der Erdkruste
entsteht eine Strömung des Magmas im Erdmantel vom Erdkern weg. (ähnlich:
heiße Luft steigt nach oben ). Der relativ warme Mantel steigt in Gestalt der
beschriebenen “Mantle plumes” auf, im wesentlichen in festem Zustand. Wo er
die Lithosphäre erreicht, wird er teilweise verflüssigt: das Magma ergießt sich
einerseits auf den Ozeanboden und bildet dort Vulkane, teilweise erstarrt es in
den “Sheeted dykes” (unter der ozeanischen Spalte erstarrende, wie Blätter
nebeneinanderliegende Gänge).
Dieser aufsteigende Wärme- und Materialstrom kann nur dann über längere Zeit
beste-hen bleiben, wenn die ozeanische Lithosphäre nach der Seite weggleitet.
Die Zunahme der Fläche muß aber kompensiert werden - durch Verschluckung
an den Subduktions-zonen. Da die ozeanische Asthenosphäre als Träger der
bewegten Lithosphäre wesentlich höher im Erdmantel sitzt als die kontinentale
(ca. 50 - 100 km zu 100 - 200 km unter der Erdoberfläche), ist die Verschluckung
nicht als rein passiver Vorgang - Schub von hinten - zu erklären.
Es ist daher anzunehmen, daß zumindest ein Teil der Bewegung der Platten an
den Subduktionszonen initiiert wird. Der abwärtssteigende Ast der üblicherweise
zwischen ozeanischem Rücken und Subduktionszone liegenden Konvektionszelle
ist ebenfalls aktiv und nicht nur passiv an ihrem Antrieb beteiligt.
Je nach wissenschaftlichem Autor liegt der Schwerpunkt der Initialkräfte beim
Aufstieg der “Mantle plumes” unter den ozeanischen Rücken oder beim
Absinken der ozeanischen Kruste in den Subduktionszonen.
Wie und wo sich in der Tiefe der Kreislauf der Konvektionszellen schließt, ist noch
nicht geklärt. Hierüber lassen sich nur Vermutungen anstellen. Die Unkenntnis
über die Tiefenerstreckung der Konvektionswalzen (700 km? - 2900 km?) wird
offen zugegeben.
Man weiß zwar - oder glaubt zu wissen - daß Massenkreisläufe stattfinden und
daß sie rechnerisch durch Konvektion angetrieben werden können. Aber
niemand weiß bis heute, was in der Tiefe wirklich vor sich geht.
ENDE
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Quellenangaben:
“Abriß der Plattentektonik” von Hubert Miller, Verlag: Enke, 1992
“Alfred Wegener und die Drift der Kontinente” von Martin Schwarzbach,
Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart, 1989
“Die exakten Geheimnisse unserer Welt” von Isaac Asimov, Verlag: Droemer
Knaur,
1985