5 Mantel - Wärmetumor - Superkontinente

Mantelkonvektion,
„Motor“ der Plattentektonik
Hauptantrieb der
Plattenbebegung resultiert aus
Konvektionsströmen im
Erdmantel, die von
Temperaturunterschieden (ΔT)
in Gang gehalten werden.
Heißes, leichtes
Mantelmaterial steigt nach
oben und transportiert dabei
Wärme. Es wandert dann
lateral unter der Lithosphäre
entlang und zieht diese durch
Reibungskopplung mit sich.
Klassisches Modell der
Plattentektonik:
An divergenten
Plattenrändern (Mittelozean.
Rücken) treffen sich zwei
Konvektionswalzen mit
aufsteigendem Ast.
Das empor dringende,
erwärmte, leichtere
Mantelmaterial hebt die
Kruste unter dem Meer an.
Indem sich der Strom unter
der Lithosphäre gabelt, zieht
er die Kruste zugleich am
mittelozeanischen Rücken
auseinander. In die Risse
dringt Magma etc.
An konvergenten
Plattenrändern
(Subduktionszonen) treffen
die absteigenden Äste
zweier Konvektionswalzen
zusammen.
Das abtauchende, kalte und
somit schwere Material wird
in die Tiefe gezogen und
aufgeschmolzen
????
Abtauchende Lithosphärenplatten
sind relativ kalt und somit dichter als
der umgebende Mantel. Somit sind
die Geschwindigkeiten der
seismischen Wellen (hier VP ) höher.
Die an Subduktionszonen steil
abtauchenden
Lithosphärenplatten können, v.a.
wenn sie sehr ortsfest sind, in den
tiefen Mantel eintauchen.
Bsp: Marianen-Slab
Condie, 1997
Tauchen die Platten flach ab, wie
der Izu-Bonin- oder der JapanSlab, und migrieren die
Subduktionszonen zusätzlich, so
haben die Slabs größere Probleme,
die 660 km-Diskontinuität zu
überwinden.
Die meisten rezenten Slabs
scheinen aufgrund seismischer
Tomographie in den tieferen Mantel
abzusinken, und dies spricht für
Ganzmantelkonvektion.
Condie, 1997
ozean. Spreizungsrücken
ozean. Spreizungsrücken
Lithosphäre
660 kmDiskontinuität
KMG
Kern
Probleme der zweistöckigen Konvektionszellen:
Die Konvektionszellen sind oberhalb der 660 km-Diskontinuität viel
zu klein, im Vergleich zu den Plattengrößen. Sie sollten zudem
annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Abtauchende Lithosphärenplatten können ohne weiteres die 660 kmDiskontinuität überwinden, v.a. wenn die Platte (slab) steil abtaucht.
Tarbuck and Lutgens, 2009
Geodynamik und Plattentektonik, 1995
Afrikanische
Platte
IndischAustralische
Platte
E-afrik.
Graben
Südamerik.
Platte
M
Carlsberg-.
Rücken
Mittelatlant.
Rücken
Die Afrikanische Lithosphärenplatte wird ausschließlich von divergenten
Plattenrändern begrenzt:
- im E der Carlsberg-Rücken
- im W der Mittelatlant. Rücken.
Zwischen den Rücken fehlt jedoch die Subduktionszone. Im Gegenteil, im E von Afrika
finden wir den Ostafrikanischen Graben bzw. das Ostafrikanische Riftsystem
(Kenia, Malawi), wo die Lithosphäre nochmals gespreizt wird.
Afrikanische
Platte
IndischAustralische
Platte
E-afrik.
Graben
Südamerik.
Platte
M
Carlsberg-.
Rücken
Mittelatlant.
Rücken
Wir haben also 3 Spreizungszonen nebeneinander.
Was geschieht mit der an den beiden Rücken produzierten und nach Afrika
transportierten Lithosphäre?
Dieses Problem lässt sich ohne eine dazwischenliegende Subduktionszone nur lösen,
wenn die Ozean. Rücken wandern. D.h. der Carlsberg-Rücken und der Mittelatlant.
Rücken müssen sich von Afrika wegbewegt haben.
Afrikanische
Platte
IndischAustralische
Platte
E-afrik.
Graben
Südamerik.
Platte
M
Carlsberg-.
Rücken
Mittelatlant.
Rücken
Fragen:
Warum verschieben sich die Rücken, so dass die Konvektionswalzen größer werden?
Warum Spreizung der Lithosphäre (Rifting) unter Afrika und keinerlei Subduktion?
Geodynamik und Plattentektonik, 1995
Geodynamik und Plattentektonik, 1995
Geodynamik und Plattentektonik, 1995
Wie kommt es zur Bildung der
Megakonvektionswalzen?
Warum sind sie ausgerechnet unter
Afrika und unter dem Pazifik platziert?
Pangäa [gr.: All-Erde, Begriff von A. Wegener]
Panthalassa [gr.: Ganzes Meer, Thallata = Meer]
Geodynamik und Plattentektonik, 1995
Geodynamik und Plattentektonik, 1995
Hinweise auf ‚Wärmebeule‘ unter Pangäa:
Vor 180 – 110 m.y. traten auf der S-Hälfte
Pangäas, dem sog. Gondwana, die größten
flächenhaften Basaltergüsse der
Erdgeschichte auf (4 Mio qkm großes Gebiet):
- Drakensberg-Basalte in der Republik
S-Afrika
- Paraná-Basalte in S-Amerika
(NW‘ Buenos Aires)
- Basalte der Antarktis
Zudem entstanden zahlreiche Basaltgänge.
Dies war offensichtlich das Vorspiel zur
Aufspaltung von Pangäa.
Geodynamik und Plattentektonik, 1995
Geodynamik und Plattentektonik, 1995
500 Mio. J. währender Superkontinentzyklus
750 Ma (Proterozoikum)
250 Ma (Perm/Trias)
+250 Ma (ferne Zukunft)
Vor 750 Ma existierte weiterer Großkontinent
Rodinia
Zu Beginn der 1990er Jahre kam es zur Hypothese
SWEAT = Southwest U.S./East Antarctic Theory,
basierend auf Befunden, dass ca. 1 Ga alte, d.h.
Grenville-Gesteine sowohl entlang der antarktischen EKüste (Shackleton-Range) als auch im E und S von NAmerika (Labrador über Texas und Neu Mexiko bis
Arizona) vorkommen.
Die Gesteine ähneln sich nicht nur im Alter, sondern
auch im Typ.
Geodynamik und Plattentektonik, 1995
Kollision von 2 Kontinenten führt zu
einem Kollisionsorogen (z.B. Himalaya)
Anhaltende Konvegenz, Ozean wird noch kleiner
Ein passiver Rand entwickelt sich zum
aktiven (konvergenten) Rand,
Subduktion setzt ein, Ozean wird kleiner
Ozeanstadium mit passiven Kontinentalrändern
Riftstadium (z.B. Ostafrikan. Graben, Rotes Meer)
SupercontinentCycle.mov
archaischer
Kraton
Kruste
Orogen
ca. 7 km
bis 60 km
ca. 30 km
Krustenwurzel
Moho
(keine mechan.
Entkopplung)
Mantellithosphäre
100-200 km
(mechan.
Entkopplung)
LVZ
Lithosphärenwurzel
Lithosphärenwurzel
bis 300 km
LVZ
Asthenosphäre