Plattentektonik_2016

Plattentektonik
► Die folgende Unterrichtseinheit ist eine Repetition und Vertiefung des
Themas
Sinn und Zweck dieser Unterrichtseinheit:
•
Die Theorie der Plattentektonik ist ein Meilenstein in der Geschichte der
Erdwissenschaften, da sich mit ihr alle wichtigen geologischen Phänomene
erklären lassen.
•
Zu diesen wichtigen geologischen Phänomenen gehören die Bildung von
Gebirgen, Vulkanismus, Erdbeben, Tsunamis…
•
Erst mit der Theorie der Plattentektonik konnten die Entstehung sowie der
geologische Aufbau der Alpen zufriedenstellend erklärt werden.
► Deshalb sollst du am Schluss die wichtigsten Mechanismen der
Plattentektonik erklären können und über den Aufbau des Erdinneren
bescheid wissen.
► Auftrag: Studiere selbständig die folgende Powerpoint-Präsentation. Mache
jeweils stichwortartig Notizen, wo du es für sinnvoll erachtest und beantworte
ebenso die gestellten Fragen. Nimm dazu auch das Buch „Compendio –
Lerntext Geologie“ zur Hilfe.
1. Zur Geschichte der Theorie der Plattentektonik
Der deutsche Meteorologe Alfred Wegener setzte 1915 mit seiner Theorie der
Kontinentalverschiebung einen wichtigen Meilenstein in der Theorie der Plattentektonik.
Die wichtigsten Hinweise zu Wegeners Theorie
der Plattentektonik:
• Zusammenpassende Küstenlinie beidseits des
Atlantik (man beachte vor allem die Ostküste
Südamerikas und die Westküste Afrikas)
• Identische geologische Strukturen auf heute
verschiedenen Kontinenten (In Nordeuropa und
Kanada bzw. in Westafrika und Brasilien finden sich
heute gleichaltrige Kristalline Rumpfgebirge)
• Übereinstimmung von Flora und Fauna auf heute
verschiedenen Kontinenten (die Fossilien des Reptils
Mesosaurus wurden sowohl in Südwestafrika als
auch in Brasilien entdeckt)
• Neue Messungen der geografischen Breite an
Orten in Grönland und Frankreich ergeben geringe
N-S-Verschiebungen (Wegener konnte diese
belegen)
Aufgrund dieser Indizien postulierte Alfred Wegener schliesslich die Existenz eines
Grosskontinents Pangäa, der erst in den Nordkontinent Laurasia sowie den Südkontinent
Gondwana zerbrach. Diese schliesslich zerbrachen in die Kontinente, die wir heute kennen.
Die Kontinentalverschiebungstheorie verursachte grosses Aufsehen in der geologischen
Fachwelt. Da Wegener aber keine befriedigende Erklärung für die Antriebskräfte der Bewegung
der Kontinente liefern konnte, wurde seine Theorie bald von den meisten Fachkräften wieder
verworfen.
Erst durch die Entdeckung der Mantelkonvektion 1928 und Bohrungen in Ozeanböden zu Beginn
der 1960er Jahre wurde die Theorie der Plattentektonik anerkannt.
2. Mosaik tektonischer Platten
Die fundamentale Erkenntnis der Plattentektonik ist die Bewegungsfähigkeit der Lithosphäre.
Unsere Kontinente können sich sowohl horizontal als auch vertikal bewegen. Dies Geschieht
allerdings recht langsam. Wird in geologischen Zeitmassstäben gerechnet (Jahrmillionen), so
können sich diese Bewegungen durchaus zu Kilometern summieren.
Voraussetzung für die Bewegungsfähigkeit der Platten ist, dass die Lithosphäre keine
zusammenhängende Schale um das Erdinnere bildet, sondern dass sie sich aus einzelnen
Teilen, so genannten Tektonischen Platten zusammensetzt.
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Merke: Die Begriffe „Erdkruste und „Lithosphärenplatte“ sind keine Synonyme. Die Erdkruste ist
ein Teil der Lithosphärenplatte.
Aufgabe: Erstelle zur Karte auf dem Beiblatt eine Legende der 13 wichtigsten Lithosphärenplatten. Markiere die Bewegung der Platten mit Pfeilen und ergänze die Karte zudem
mit 3-4 exemplarischen Werten für die Bewegung der Lithosphärenplatten.
(Untenstehende Karte dient als Vorlage)
Und ein paar Verständnisfragen zwischendurch:
1. Wie lautet die zentrale Behauptung Wegeners Kontinentalverschiebungstheorie?
2. Welche Beweise und Indizien führte Wegener für seine Kontinentalverschiebungstheorie
an?
3. Die Wissenschaft anerkennt heute die Existenz von Konvektionsströmungen im Erdmantel
als Ursache der horizontalen Bewegungen der Lithosphärenplatten. Warum gibt es
überhaupt solche Strömungen im Erdmantel? Mache dazu folgendes Gedankenexperiment
(und führe es bei Gelegenheit zu Hause selber aus ;-)):
Versuche, diese Fragen
zuerst schriftlich zu
beantworten, ohne im
Geologie-Buch oder in dieser
Präsentation nachzuschlagen.
Die Lösungen zur Kontrolle
findest du im Geologie-Buch:
Aufgaben 93 / 2 / 25
3. Arten von Plattengrenzen
• Divergente Plattengrenzen bilden sich bei aufsteigenden Konvektionsströmungen. Die Platten werden
auseinander bewegt, daher auch der Name Spreading-Zone oder Spreizungszone.
• Konvergente Plattengrenzen sind Zonen, wo sich zwei Lithosphärenplatten aufeinander zu bewegen.
Hier wird das Plattenmaterial „recycelt“, indem die schwerere ozeanische Lithosphäre wieder im Erdmantel
verschwindet.
• Bei der Transformstörung wird weder Plattenmaterial neu gebildet noch vernichtet. Die Platten
bewegen sich aneinander vorbei
3.1 Divergente Plattengrenzen
Separation einer kontinentalen Platte: Die Platte wird aufgewölbt und auseinander gerissen.
Eine spröde kontinentale Platte lässt sich aber nicht einfach auseinander ziehen. Sie zerfällt viel
mehr in einzelne Teile, die im Zentrum der Divergenz einsinken und so einen Grabenbruch
bilden. Durch die Dehnung der Platte entstehen Risse und Spalten, durch die glutflüssiges
Magma in die Kruste oder gar bis an die Oberfläche aufsteigen kann, was zu Vulkanismus führt.
Die untenstehende Grafik zeigt ein Beispiel unweit der Schweizer Grenze:
Der erloschene Vulkankegel des Kaiserstuhls zeugt vom Durchbruch des Magmas bis an die
Erdoberfläche
Das weltweit grösste System von aktiven GrabenBrüchen durchzieht ganz Ostafrika, da der östliche Teil
Afrikas immer weiter gegen Osten driftet: der
ostafrikanische Graben oder „Great Rift Valley“
Im Nordosten des ostafrikanischen Grabens, im Roten
Meer, ist dieser Prozess der Divergenz bereits weiter
fortgeschritten. Die ursprünglich zusammenhängenden
kontinentalen Krustenteile Afrikas und Arabiens wurden
so weit auseinander gezogen, dass die Nahtstelle unter
Meeresniveau gesunken ist – Meerwasser drang ein,
das Rote Meer bildete sich.
An der Nahtstelle zwischen den beiden Platten wird
ständig neue ozeanische Lithosphäre gebildet und
damit das Rote Meer verbreitert. Diesen Vorgang nennt
man „Sea Floor Spreading“
Verlauf des Ostafrikanischen Grabenbruchs
Der Kilimandscharo, der berühmteste
Vulkan dieses Bruchsystems
Exkurs Totes Meer: Der Ostafrikanische Grabenbruch setzt sich gegen Norden hin im Jordangraben fort. Am tiefsten
Punkt des Jordangrabens befindet sich das Tote Meer und bildet einen abflusslosen und rund 600 km2 großen Salzsee.
Seine Wasseroberfläche wird häufig mit Werten um 396 m unter dem Meeresspiegel angegeben; tatsächlich liegt der
Wasserspiegel bei einer fortschreitenden Austrocknung (als Folge der Entnahme grosser Wassermengen durch Israel,
Jordanien und Syrien aus dem Einzugsgebiet des Jordan) bereits seit einigen Jahren unter −400 m. Neueste Angaben
(2007) nennen bereits −420 m als Seespiegelhöhe. Das Ufer des Sees bildet damit den am tiefsten gelegenen nicht von
Wasser bedeckten Bereich der Erde. Aufgrund der Seespiegelabsenkung ist der See heute zweigeteilt. Der Südteil
besteht heute aus Verdunstungsbecken, welche zur Gewinnung diverser Salze benützt werden.
Separation einer ozeanischen Platte: Bei fortschreitender Divergenz wächst das Meer im
Laufe der Jahrmillionen zu einem Ozean an. Zwischen den zwei kontinentalen Pattenteilen
liegen nun hunderte oder tausende von Kilometern. Aus einem Kontinent sind damit deren zwei
geworden. Die Grenze zwischen den zwei Platten liegt ziemlich genau in der Mitte des Ozeans
und ragt als mittelozeanischer Rücken (MOR) aus der Tiefsee auf. In diesem Stadium
befindet sich zum Beispiel der Atlantische Ozean.
→ Die mittelozeanischen Rücken kannst du auf Atlaskarten verfolgen: siehe dazu S. 166
Mittelozeanischer Rücken am Beispiel des Atlantiks: Mittelozeanische Rücken
durchziehen die Ozeane als gewaltige untermeerische Gebirge. Bei anhaltenden
starken Vulkaneruptionen an mittelozeanischen Rücken können sich Vulkane bilden,
die sogar über den Meeresspiegel ragen.
Island wurde durch mehrere solcher Vulkane gebildet. Auf Island kann man die
Nahtstelle zwischen Nordamerikanischer und Eurasischer Platte sehen.
Mittelozeanischer Rücken – Island: man beachte die zweigeteilten Vulkankegel entlang
der Plattengrenze. Die Separationsgeschwindigkeit beträgt etwa 2-4 cm/J.
Mittelozeanischer Rücken – Island: am besten
beobachten lässt sich der Mittelatlantische
Rücken am Thingvellir. Hier kann man
sozusagen auf oder in der Plattengrenze
wandern, da sich durch das Auseinanderdriften
der nordamerikanischen und der eurasischen
Platte an der Erdoberfläche mehrere parallele
Risssysteme bildeten.
Mittelozeanischer Rücken – Island:
Das Gebiet des Vatnajökulls wurde 1992
von einem äusserst spektakulären Ereignis
heimgesucht. Der Grimsvötn liegt unter dem
Eis des grössten Gletschers Islands. Durch
die Aktivität des Vulkans bilden sich unter
dem Eis Seen. Wenn der Vulkan ausbricht
kann sich folgendes ergeben:
Aus Wikipedia: Der Ausbruch des Grímsvötn
1996 hatte sich schon Tage zuvor durch
Erdbebenserien und eine Rauch- und Aschewolke
bemerkbar gemacht. Das Wasser in den Seen
begann durch die Eisschmelze zu steigen und
durchbrach schließlich die davor liegende
Eisbarriere. Es kam zu einem Gletscherlauf des
Flusses Skeiðará, wobei am Kulminationspunkt der
Flut 45000 m³ pro Sekunde zu Tal stürzten und die
Sander vor dem Skaftafell-Nationalpark
überfluteten. Die Ringstraße (Hringvegur) war
schon Tage zuvor gesperrt worden. Sie wurde
durch die Fluten und die mitgerissenen Eisberge von denen manche bis zu 10 m hoch waren und
etliche Tonnen wogen - stellenweise schwer
beschädigt, eine Brücke ganz zerstört.
Vergleiche die genannte Abflussmenge mit jener
des Amazonas: http://de.wikipedia.org/wiki/Amazonas
(Anmerkung der Red. ;-) Der nächst Wasserreiche
Fluss ist der Kongo in Zentralafrika. Dieser führt
etwa ein Viertel der Wassermenge des Amazonas.)
Gletscherlauf des Flusses Skeiðará
Link zu einer isländischen Seite mit einem Kurzfilm über
den gewaltigen Gletscherlauf von 1996
Satellitenaufnahme: Asche des Grímsvötnausbruchs von 2004 auf dem Vatnajökul
3.2 Konvergente Plattengrenzen
Gäbe es nur divergente Plattengrenzen, müsste die Oberfläche der Erde immer grösser
werden. Da dem nicht so ist, muss es auch Zonen geben, wo Lithosphärenmaterial vernichtet
wird. Diese Zonen, wo Konvektionsströme gegen das Erdinnere gerichtet sind, nennt man
konvergente Plattengrenzen oder auch destruktive Plattenränder. Je nach dem ob zwei
ozeanische oder kontinentale Lithosphärenplatten beteiligt sind, kommt es dabei zu
unterschiedliche Auswirkungen auf die Erdoberfläche:
• Kollidieren zwei ozeanische Lithosphärenplatten, so wird eine der beiden in den Mantel
subduziert. Wo die Platte abtaucht, bildet sich ein Tiefseegraben, der etwa parallel zur
Plattengrenze verläuft. Am besten lässt sich dieses Phänomen im westlichen Pazifik
beobachten (vgl. Atlas S.166): Die pazifische Platte wird subduziert, die eurasische wird
gestaucht. Dabei bildeten sich Inselbögen mit hunderten von Vulkanen (Japan, Philippinen etc.)
• Kollidieren eine ozeanische und eine kontinentale Lithosphärenplatte, ist es immer die
ozeanische Platte, die abtaucht, da sie spezifisch schwerer und weniger starr ist. Auch hier
bildet sich ein Tiefseegraben. Durch den Druck auf die kontinentale Platte wird diese gestaucht,
was zur Ausbildung von Gesteinsfalten führt. Ein exemplarischer Fall ist die Westküste
Südamerikas. Hier gleitet die Nazca-Platte unter die Südamerikanische Platte:
Das Abtauchen der ozeanischen Platte geschieht nicht kontinuierlich und reibungslos, sondern
Schubweise. Deshalb kommt es an beiden beschriebenen Subduktionszonen häufig zu
Erdbeben. Vulkanausbrüche entstehen, weil abgetauchtes und aufgeschmolzenes Material
durch Risse nach oben drängt.
Destruktive Plattengrenze: Kollision von ozeanischer und Kontinentaler Lithosphäre
Aufnahme aus dem All: Westküste Südamerikas mit
Blick Richtung Süd
Destruktive Plattengrenze: Kollision von ozeanischer und Kontinentaler Lithosphäre
→ Aufnahme aus dem All: Westküste Südamerikas mit Blick Richtung Süd
(und schematisch aufskizzierter Querschnitt)
3.3 Kollision zweier Kontinente
Durch die Subduktion ozeanischer Platten wird die breite eines Ozeans ständig verkleinert.
Irgendwann ist die Situation erreicht., wo die gesamte ozeanische Platte zwischen zwei
Kontinenten verschluckt ist und somit zwei kontinentale Platten direkt miteinander kollidieren.
Eine Subduktion kann hier nicht stattfinden, da die vergleichsweise mächtigen kontinentalen
Platten aufgrund ihrer geringen Dichte nicht in den Mantel abtauchen können.
In dieser Situation kommt es zu
komplizierten Verzahnungen der beiden
Platten, wobei mächtige Gesteinspakete
der einen Platte auf die andere
überschoben werden – ein Deckengebirge
entsteht wie die Alpen (Bild unten: Piz
Bernina und Morteratschgletscher) oder der
Himalaya eines sind, entsteht.
Der Himalaya, das grösste Gebirge der Welt
(im Bild Rechts, der Mt. Everest)
Das Himalayagebirge:
Knautschzone der Kollision zweier
Kontinente
3.4 Transformstörungen
Neben divergenten und konvergenten Plattengrenzen gibt es auch solche, an denen sich
Platten mehr oder weniger Parallel aneinander vorbeibewegen, so genannte
Transformstörungen. Hier wird weder neues Krustenmaterial gebildet noch werden Platten
zerstört, die bisherigen Platten bleiben erhalten. Da die Bewegungen entlang von
Transformstörungen ebenfalls ruckartig erfolgen, sind Erdbeben häufig.
Das berühmteste Beispiel einer Transformstörung findet
sich in Kalifornien. An der San Andreas-Verwerfung
wird die pazifische Platte pro Jahr etwa um 1 cm nach
Norden verschoben. Die Verschiebungsrichtung lässt
sich aus der Luft anhand der Krümmung von Tälern und
Flussläufen senkrecht zur Verschiebungszone
erkennen!
Transformstörungen senkrecht zu mittelozeanischen: Da die Geschwindigkeit, mit
welcher Lithosphärenplatten an mittelozeanischen Rücken auseinanderdriften, bilden sich
senkrecht zu diesen viele kleine Transformstörungen, welche diese
Geschwindigkeitsunterschiede ausgleichen.
4. Ein grosser Kreislauf
Betrachtet man die Bewegung der Lithosphärenplatten über sehr lange Zeiträume, so wird
deutlich, das sich die ozeanischen Platten der Erde in einem grossen Kreislauf befinden. Das
ozeanische Lithosphärenmaterial, das an einem MOR neu gebildet wird, wandert langsam vom
MOR weg und wird nach langer Zeit an einer Subduktionszone wieder in den Mantel
zurückversenkt. Die ozeanische Lithosphäre ist also relativ kurzlebig im Vergleich zur
kontinentalen Lithosphäre. Dies ist der Grund dafür, dass man noch nirgends ozeanischen
Kruste gefunden hat, die älter ist als 200 Millionen Jahre, während die ältesten bekannten
Gesteine von Kontinentalen Platten etwa 4 Milliarden Jahre alt sind.
Weisst du noch, wie dieser Kreislauf des
Werdens und Vergehens von Ozeanen genannt
wird? Tipp: Denke an die Geografie des 2. Gymis!
(Die Lösung erscheint mit dem nächsten Klick)
► Lösung: Wilson-Zyklus
Und zur Verarbeitung des Gelernten noch einmal ein paar Aufgaben:
4. Zeige die mögliche Zukunft des Rheingrabens nördlich von Basel auf, unter der
Voraussetzung, dass die heute aktiven Konvektionsströmungen ihre Lage und Richtung
beibehalten.
5. Die Philippinen, eine Inselgruppe in Südostasien, sind tektonisch gesehen ein Inselbogen.
Wie sind sie entstanden?
6. Aus der Tiefsee wird 1100 km östlich eines MOR eine Gesteinsprobe entnommen. Mittels
radiometrischer Datierung (Altersbestimmung mithilfe des Zerfalls radioaktiver Elemente)
wird bestimmt, dass die Gesteinsprobe vor 50 Mio. Jahren aus glutflüssigem Magma
erstarrte. Berechne die mittlere jährliche Verschiebung der ozeanischen Platte gegen Osten!
Versuche, diese Fragen ebenfalls zuerst schriftlich zu beantworten, ohne im Geologie-Buch
nachzuschlagen. Die Lösungen zur Kontrolle findest du im Geologie-Buch: Aufgaben 71/3/94
THE END