Plattentektonik - geographie.

Plattentektonik - geographie. 1 EINLEITUNG Plattentektonik, in der Geologie eine moderne Theorie der globalen Tektonik, d. h. der großräumigen Struktur, Entwicklung und Dynamik der Erdkruste. Nach dieser Theorie setzt sich die Erdkruste lückenlos aus sechs großen und einigen kleineren Platten zusammen. Die mehr oder weniger starren Platten sind untereinander horizontal beweglich. Die Grenzen zwischen den Platten sind zumeist Zonen geologischer Aktivität, in denen sich Erdbeben und Vulkanausbrüche konzentrieren. 2 HINTERGRUND Die Theorie der Plattentektonik wurde in den sechziger und siebziger Jahren aufgestellt. Ihre Wurzeln gehen zurück auf die Theorie der Kontinentalverschiebung, die der deutsche Geologe Alfred Wegener 1912 veröffentlicht hatte. Ihr zufolge entstammten die Kontinente in ihrer heutigen Form einem ehemaligen Urkontinent, den Wegener Pangäa nannte und der in der Trias, vor mehr als 200 Millionen Jahren, auseinanderbrach. Seitdem sollten die Kontinente auseinanderdriften. Geophysikalische und mineralogische Forschungen hatten gezeigt, dass die Erdkruste aus zwei unterschiedlichen Krustenteilen besteht: aus dem so genannten Sima, einem Silicium-MagnesiumGestein, vor allem Basalt, das für die ozeanische Kruste charakteristisch ist; und dem Sial, einem Silicium-Aluminium-Gestein, das meist granitisch und für die kontinentale Kruste typisch ist. Wegener war der Ansicht, dass die aus leichterer, sialischer Kruste bestehenden Kontinente über die schwerere, simatische Ozeankruste glitten. Dieser Gedanke stellte sich später als falsch heraus, da der Schmelzpunkt des Sima höher liegt als der des Sial. Später wurde die Asthenosphäre entdeckt, eine Schale von relativ geringer Stärke im Erdmantel, die unter der Kruste in Tiefen von 100 bis 300 Kilometern liegt. Dies wurde zuerst hypothetisch abgeleitet. Später wies man seismisch nach, dass ein plastisches Material vorliegt, welches mit geringer Geschwindigkeit fließen kann. Eines von Wegeners stärksten Argumenten für die Kontinentalverschiebung war, dass teilweise die Umrisslinien der Kontinente, vor allem Südamerika und Afrika, geometrisch zueinanderpassten. Er konnte ferner darauf hinweisen, dass die Gesteine an den gegenüberliegenden Seiten des Atlantischen Ozeans (in Brasilien und Westafrika) von Alter, Typ und Struktur her einander entsprachen. Außerdem enthalten sie häufig Fossilien terrestrischer Lebewesen, die nicht von einem Kontinent zum anderen geschwommen sein können. Diese paläontologischen Argumente überzeugten viele Fachleute, während andere wiederum (hauptsächlich Geophysiker) sie in Frage stellten. Wegeners beste Beispiele für auseinandergebrochene und gedriftete Kontinentalgrenzen waren die beiden Seiten des Atlantischen Ozeans. Entlang vieler anderer Ozeanränder, z. B. entlang des um den Pazifik verlaufenden Gürtels oder entlang des birmesisch-indonesischen Bereichs im Indischen Ozean, findet man jedoch eine solche Passform nicht. Diese Unstimmigkeit verweist auf eine Eigentümlichkeit der kontinentalen Ränder, die der Wiener Geologe Eduard Sueß nach 1880 bemerkte. Er erkannte einen ,,atlantischen Typ" des Randes, der sich durch Abflachung der Gebirgsketten auszeichnet, und einen ,,pazifischen Typ", der durch parallele kordillerenartige Gebirge, Vulkanketten und häufige Erdbeben gekennzeichnet ist. Die pazifischen Küsten schienen sich dort zu befinden, wo Geosynklinalen zu Gebirgen gefaltet und emporgehoben werden. 3 MEERESBODENSPREIZUNG Nach 1920 wurde SONAR, ein Echolotungsgerät, zur Messung von Meerestiefen modifiziert und damit die genaue Untersuchung der Meeresböden verbessert. Mit Flugmagnetometern wurden Veränderungen der geomagnetischen Intensität und Orientierung aufgezeichnet. Magnetometrische Messungen, die über den Mittelozeanischen Rücken von Schiffen aus durchgeführt wurden, zeigten, dass die Gesteine auf der einen Seite des Rückens ein spiegelbildliches geomagnetisches Muster der Gesteine auf der anderen Seite zeigten. Wandte man Verfahren zur Altersbestimmung für die basaltischen Gesteine des Meeresbodens an, zeigte sich, dass diejenigen, die sich am nächsten zum Rücken befanden, deutlich jünger waren als die weiter entfernten. Kein Teil der heutigen Ozeankruste ist älter als 200 Millionen Jahre. Außerdem fand man auf dem Kamm des Rückens keine marinen Sedimente, dafür aber auf beiden Seiten. Sie werden mit wachsender Entfernung vom Rücken älter und mächtiger. Diese Beobachtungen sowie die eines verstärkten Wärmeflusses zeigten, dass der Rücken diejenige Region ist, in der neue Ozeankruste entsteht. Diese baut sich aus vulkanischen Gesteinen auf, die durch Konvektionsströmungen im Mantel als Lava nach oben gefördert werden und auf dem Meeresboden untermeerischen Vulkanismus bilden. Der Konvektionsstrom teilt sich oben und das Mantelmaterial fließt nach beiden Seiten ab. Da die darüber liegende Kruste mitbewegt wird, reißt sie längs des Mittelozeanischen Rückens immer wieder auf und der Riss wird durch nachfließende Lava gefüllt. Im Nordatlantik beträgt die Spreizgeschwindigkeit nur etwa einen Zentimeter pro Jahr, während sie sich im Pazifischen Ozean auf jährlich über vier Zentimeter beläuft. Diese Spreizungen der Ozeanböden haben im Verlauf von vielen Millionen Jahren die Kontinente verschoben. Eine detaillierte Kartierung des Meeresbodens wurde in den sechziger Jahren durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass der Mittelozeanische Rücken in der Mitte eine spaltenförmige Vertiefung von einigen Kilometern Breite aufweist. Auf den neuen Karten des Ozeanbodens war erstmalig erkennbar, dass die Mittelozeanischen Rücken von quer liegenden Verwerfungen durchzogen werden, die man Quer- oder Transformstörungen nennt. Sie entstehen durch ungleichmäßige Geschwindigkeiten der Meeresbodenspreizung. Die meisten dieser Verwerfungen liegen im Ozeanboden, nur eine einzige, die erdbebenanfällige San-Andreas-Störung bei San Francisco, setzt sich auf dem Festland fort und lässt sich über Hunderte von Kilometern verfolgen. 4 VULKANBÖGEN UND SUBDUKTION Seismologen erkannten schon in den dreißiger Jahren an den Festlandsrändern des Pazifiktyps besondere Strukturen. Hier konzentrieren sich Erdbebenherde, die in geringer Tiefe liegen. Die Tiefe der Erdbebenherde nimmt landeinwärts zu, bis sie in einer Entfernung von 700 Kilometern von der Bogenfront aus ein Maximum von etwa 700 Kilometern erreichen. Aus einer genauen Analyse schloss der amerikanische Seismologe Hugo Benioff auf eine Verwerfungszone, die sich durch die Kruste bis in den oberen Mantel erstreckt und landeinwärts in einem Winkel von etwa 45 Grad abfällt. Eine ähnliche Unterschiebung der südlichen Alpen unter die nördlichen Alpen wurde 1906 vorgeschlagen. Im Rahmen der Plattentektonik wurde eine solche Zone Subduktion genannt. Inzwischen wurde nachgewiesen, dass ähnliche Subduktionen an fast allen Küsten des Pazifiktyps aktiv sind. Die meisten dieser Zonen weisen ein größeres System von Störungen und Verwerfungen auf, die parallel zur allgemeinen Längserstreckung des Gebirges verlaufen. Bei der Subduktion versinkt fortwährend Kruste im Mantel und schmilzt. Ein wichtiger Effekt, der beim Schmelzen der subduzierten Ozeankruste auftritt, ist die Bildung neuen Magmas. Wenn die abgetauchte Ozeankruste schmilzt, steigt das Magma von der Subduktionszone tief im Innern des Mantels bis zur Erdoberfläche auf. Hier liegt eine auffallende Zone von Vulkanen. Bei der Subduktion von ozeanischer Kruste unter ozeanische Kruste entstehen lange, bogenförmige Ketten von Vulkaninseln; Beispiele sind Japan, die Philippinen, die Kurilen und die Alëuten. Wo ozeanische Kruste unter kontinentale Kruste geschoben wird, liegt die Zone des Vulkanismus in langen Gebirgsketten wie den Kordilleren, die im Landesinnern und bis zu 100 Kilometer von der Subduktionszone entfernt liegen. (Die Zone selbst befindet sich entlang eines unterseeischen Grabens vor der Küste des Kontinents.) Mit Subduktionen und der Entstehung von Magmen ist die Bildung von Lagerstätten verbunden. 5 THEORIE DER PLATTENTEKTONIK Mit der Kenntnis der Meeresbodenspreizung und der Subduktionszonen mussten die Ergebnisse noch in ein geschlossenes System der Geodynamik gebracht werden. In den fünfziger Jahren zeigte der kanadische Geophysiker J. Tuzo Wilson die globale Anordnung der Subduktionszonen. Der amerikanische Geologe Harry Hammond Hess folgerte, dass die an den Mittelozeanischen Rücken neu gebildete Kruste randlich wieder durch Subduktion aufgelöst werden muss. Anderenfalls müsste sich die Erde ausdehnen. Xavier LePichon, ein französischer Seismologe, berechnete die Geometrie der Platten anhand seismischer Daten. Und der amerikanische Geophysiker Robert Sinclair Dietz bestätigte Wegeners Ansichten der Kontinentalverschiebung und rekonstruierte die Positionen der Kontinente bis in eine Zeit vor etwa 200 Millionen Jahren. In den folgenden Jahren wurde die Theorie der Plattentektonik intensiv diskutiert, geprüft und erweitert. Heute ist sie eine kaum mehr bezweifelte Grundlagentheorie der Geologie, die nicht nur den geologischen Großbau der Erde einheitlich erklärt, sondern für die Lösung zahlreicher Detailprobleme, z. B. der Erdgeschichte, der Vulkanologie, der Geophysik oder der Lagerstättenkunde, ein theoretisches Modell zur Verfügung stellt. 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