Plattentektonik
Die Plattentektonik ist die zentrale Theorie für die großräumigen Abläufe in der Erdkruste und im obersten Teil des Erdmantels in der Geologie und Geophysik. Sie kann als an der Erdoberfläche auftretender Ausdruck der Mantelkonvektion im Erdinneren aufgefasst werden und beschreibt die Bewegungen der Lithosphärenplatten – die so genannte Kontinentalverschiebung – und die daraus resultierenden Erscheinungen. Zu diesen zählen die Entstehung von Faltengebirgen (Orogenese) und Tiefseerinnen durch den Druck der sich bewegenden Platten. Die großräumigen Deformationen der äußeren Gesteinsmassen führen zu sekundären Phänomenen, wie Vulkanismus oder Erdbeben, die ihrerseits wiederum Tsunamis auslösen können.
Übersicht
Grundlegend für die Plattentektonik ist die fragmentierte Struktur der Lithosphäre, die in sieben große Platten gegliedert ist:
- die Pazifische und Antarktische Platte,
- die Nord- und Südamerikanische Platte,
- die Afrikanische und Eurasische Platte,
- sowie die Australische Platte.
Daneben gibt es noch eine Reihe weiterer kleinerer Platten wie z. B. die Karibische Platte, die Cocosplatte, die Nazcaplatte, die Indische Platte, die Scotiaplatte, die Arabische Platte und die Philippinische Platte sowie weitere Mikroplatten, über deren Abgrenzung jedoch teilweise noch wenig bekannt ist.
Die Platten sind meist durch Mittelozeanische Rücken oder Tiefseerinnen voneinander getrennt. An den Rücken driften die benachbarten Platten auseinander (divergierende Plattengrenze), wodurch basaltisches Magma aus dem Oberen Erdmantel emporsteigt und neue ozeanische Kruste gebildet wird. Dieser Prozess wird auch als Ozeanboden-Spreizung oder Seafloor Spreading bezeichnet.
In den Tiefseerinnen sinkt die Kruste wieder in den Mantel ab und wird „verschluckt“ (subduziert). Die eigentlichen Kontinentalblöcke aus vorwiegend granitischem Material werden – zusammen mit den umgebenden Ozeanböden – wie auf einem langsamen Fließband von den Spreizungszonen weg, beziehungsweise zu den Subduktionszonen hin, geschoben. Nur eine Kollision mit einem anderen Kontinent kann diese Bewegung aufhalten (konvergierende Plattengrenze). Da die kontinentale Kruste aber spezifisch leichter als jene der Ozeanböden ist, kann sie nicht mit dieser zusammen in die Subduktionszone abtauchen. Bei der Kollision zweier kontinentaler Platten kommt es daher zu komplexen Deformationsvorgängen, die in der Regel mit der Auffaltung hoher Gebirgszüge einhergehen. Eine solche Kontinent-Kontinent-Kollision findet zum Beispiel zwischen der Eurasischen und der Indischen Platte statt und hat zur Bildung des Himalaya geführt.
Darüber hinaus können zwei Platten auch einfach horizontal aneinander vorbeigleiten (konservative Plattengrenze). In diesem Fall wird die Plattengrenze als Transformstörung (-verwerfung) bezeichnet.
Geschichte der Theorie der Plattentektonik
Erste Hypothesen (17.–20. Jahrhundert)
Der offensichtlichste und daher am frühesten erkannte Hinweis auf die Kontinentaldrift ist die Ähnlichkeit im Verlauf der Ostküste Südamerikas und der Westküste Afrikas.
Die älteste Vermutung einer Horizontalverschiebung als Ursache soll von dem flämischen Kartografen Abraham Ortelius stammen. In der Ausgabe seines Atlas Theatrum Orbis Terrarum von 1596 ist die Ähnlichkeit der beiden Küstenlinien bereits gut zu erkennen.
Häufig wird der erste Hinweis aber auch Sir Francis Bacon im Jahre 1620 zugeschrieben, doch soll Bacon sich nur auf die Ähnlichkeit der Westküsten beider Kontinente, also die atlantische Küste von Afrika und die pazifische Küste von Südamerika bezogen haben (nach Keary und Vine, Global Tectonics, 1990, Blackwell Scientific Publications, Oxford). Dagegen hat der Theologie-Professor Theodor Christoph Lilienthal in Königsberg angesichts der Ähnlichkeit der gegenüberliegenden Küsten Südamerikas und Afrikas 1756 die Möglichkeit erwogen, dass sie einstmals nahe beieinander lagen. Das Auseinanderbrechen brachte er mit der biblischen Sintflut in Verbindung.
Alexander von Humboldt beschrieb 1801 und 1845 die Ähnlichkeit der gegenüberliegenden Küsten Südamerikas und Afrikas und spekulierte, dass der Atlantik durch einen katastrophalen Strom ausgewaschen wurde. Im Jahre 1858 ging der US-Amerikaner Antonio Snider-Pellegrini einen Schritt weiter, als er die erste Karte veröffentlichte, auf der die Alte und die Neue Welt ohne trennenden Ozean zu sehen waren. Auch er mutmaßte, dass es die Sintflut gewesen sei, welche die Kontinente voneinander getrennt habe. Um die Jahrhundertwende wurde das Auseinanderdriften des amerikanischen und des afrikanischen Kontinents mit der Entstehung des Mondes aus dem Pazifik in Verbindung gebracht.
Der österreichische Geologe Eduard Suess (1831–1914) vertrat in seiner Buchreihe „Das Antlitz der Erde“ zunächst die Landbrücken-Theorie, um die markanten Ähnlichkeiten zwischen bestimmten fossilen Tier- und Pflanzenvergesellschaftungen auf verschiedenen heutigen Kontinenten zu erklären. Später postulierte er jedoch die Existenz von zwei ehemals zusammen hängenden großen Landmassen. Für die südlichere von beiden prägte Suess den zuvor bereits von anderen eingeführten Namen Gondwana-Land. Dieser Kontinent habe noch im Mesozoikum alle heutigen Kontinente der südlichen Hemisphäre einschließlich Indien umfasst. Zu Beginn des Känozoikums aber seien große Teile dieses Kontinents abgesunken und zu Ozeanen geworden.
Siehe auch: Kontraktionshypothese, Expansionstheorie und Pulsationshypothese.
Alfred Wegener und seine Gegner
In seinem 1915 veröffentlichten Buch Die Entstehung der Kontinente und Ozeane folgerte Alfred Wegener (1880–1930) aus der genauen Passung der Küstenlinien von Südamerika und Afrika, dass diese Bruchstücke eines ehemals größeren Kontinents gewesen sein könnten, der in der erdgeschichtlichen Vergangenheit auseinander gebrochen war. Die Passung ist noch genauer, wenn man nicht die Küstenlinien, sondern die Schelfränder, also die unter Wasser liegenden Teile eines Kontinents betrachtet. Daneben sammelte Wegener weitere Argumente:
- Faltengürtel und Scherzonen aus Südamerika lassen sich in Afrika mit sehr ähnlichen Gesteinsabfolgen und Deformationsmustern vergleichen.
- Diamantlagerstätten in Südamerika und Westafrika weisen geologische Ähnlichkeiten auf.
- Auf allen Südkontinenten finden sich Klima-Zeugen der permo-karbonen Eiszeit, darunter auch gleichgerichtete glaziale Schleifspuren.
- Bestimmte fossile und rezente Floren und Faunen beiderseits des Atlantiks stimmen überein:
- Fossilien kälteliebender Landpflanzen mit zungenförmigen Blättern (Glossopteris-Flora) waren auf allen Südkontinenten verbreitet.
- Fossile Überreste von Mesosaurus, eines im Süßwasser lebenden Reptils, konnte sowohl in Afrika als auch in Südamerika nachgewiesen werden.
- Die Seekuh Manati kommt heute sowohl in Westafrika als auch in Mittel- und Südamerika vor.
Anhand solcher Indizien rekonstruierte Wegener einen Superkontinent, den er Pangäa – Alles Land – nannte, der nicht nur die Südkontinente, sondern alle bekannten Kontinentalmassen umfasste. Nach seiner Theorie sollten die aus überwiegend granitischem Gestein bestehende, spezifisch leichtere kontinentale Kruste oder SiAl – neben Silizium ist Aluminium das vorherrschende Element des Granits – auf dem dichteren, basaltischen Untergrund, dem SiMa – das Aluminium wird im Basalt durch Magnesium vertreten – „schwimmen“, etwa so, wie ein Eisberg im Meer treibt.
Als mögliche Kraft, die die Kontinente zerbrechen und auseinander treiben ließ, schlug Wegener verschiedene astronomische Kräfte vor: zum Beispiel die Abbremsung der Erdrotation durch die Gezeitenreibung des Mondes, oder Präzessionskräfte. Die „Polflucht“, das heißt, die durch die Erdrotation erzeugte Fliehkraft, sollte die Kontinentalmassen langsam in Richtung auf den Äquator zu bewegen. Aber selbst Wegener war klar, dass letztlich diese Kräfte nicht ausreichten, um die Drift der Kontinente zu erklären. Gerade deshalb wurde Wegeners Theorie zu seinen Lebzeiten von den meisten Geowissenschaftlern abgelehnt.
Ein weniger wissenschaftliches Motiv von Wegeners Gegnern bestand aber wohl in den Eifersüchteleien zwischen den damals streng voneinander getrennten Teilgebieten der Geowissenschaften. Da sich Wegener ursprünglich mit Astronomie, Meteorologie und Klimatologie beschäftigt hatte, galt er vielen „echten“ Geologen als ein unqualifizierter „Quereinsteiger“.
Ab 1960: Ozeanböden, Subduktion, Erdmessung
Der Paradigmenwechsel zum Mobilismus setzte etwa um 1960 ein, als man grundlegend neue Erkenntnisse über die Geologie der Ozeanböden erlangte.
- Man erkannte zum Beispiel, dass die Mittelozeanischen Rücken vulkanisch aktiv sind, und dass dort an langen Bruchspalten große Mengen an basaltischer Lava austreten, meist in Form von Kissenlava.
- Bei paläomagnetischen Messungen dieser Basalte entdeckte man, dass die wiederholte Umpolung des Erdmagnetfelds im Laufe der Erdgeschichte ein genau spiegelsymmetrisches „Streifenmuster“ auf beiden Seiten des Mittelatlantischen Rückens erzeugt hatte.
- Außerdem erkannte man, dass die Sedimentgesteine, die die Tiefseeböden bedecken, in größerer Entfernung von den Mittelozeanischen Rücken auch immer mächtiger und älter werden.
Die einleuchtendste Erklärung für diese Phänomene war, dass die basaltischen Magmen, die ständig an den Mittelozeanischen Bruchzonen austreten und erstarren, den Ozeanboden in entgegengesetzte Richtungen auseinander drücken, so dass er sich im Laufe der Zeit immer weiter ausdehnt (Sea-Floor-Spreading).
Nun gibt es bis heute keine eindeutigen Anzeichen, dass sich der Radius der Erde im Laufe ihres Bestehens signifikant vergrößert hätte, wie es in der alten Expansionshypothese gefordert wurde. Dies legte den Gedanken nahe, dass die neu gebildete ozeanische Kruste an anderer Stelle wieder vernichtet werden müsse.
- Dafür spricht, dass man bis heute keinen Ozeanboden entdeckt hat, der älter als 200 Millionen Jahre wäre. Die Hälfte aller Ozeane ist nicht einmal älter als 65 Millionen Jahre. Hiermit wurde die alte, fixistische Vorstellung widerlegt, nach der die Ozeane uralte Einsturzbecken seien, die sich, wie die Kontinente, schon bald nach Formung der ersten festen Kruste um die glutflüssige Urerde, gebildet hätten.
Als Ort der Vernichtung ozeanischer Kruste wurden in den 1970er Jahren die Tiefseerinnen erkannt, die besonders den Pazifischen Ozean umgeben. Wegen ihrer starken seismischen und vulkanischen Aktivität wird diese Zone auch als „Pazifischer Feuerring“ bezeichnet.
- Geophysikalische Messungen offenbarten dort schräg geneigte seismische Reflexionsflächen (Benioff-Zone), an denen anscheinend schwere ozeanische Kruste unter kontinentale (oder andere ozeanische) Kruste geschoben wird und absinkt. Typisch für diese Zonen sind die tiefen Erdbeben, deren Hypozentren in Tiefen von 320 bis 720 km liegen können. Dieser Befund wird mit der starken Reibung zwischen den absinkenden Platten und dem umgebenden Gestein erklärt, die schließlich zum Zerbrechen und Aufschmelzen der subduzierten Platte führt.
- Als Substrat, auf dem sich die Kruste seitlich verschieben kann, gilt die rund 100 km mächtige „Low-Velocity Zone“ (Asthenosphäre), in der sich die seismischen „P- und S-Wellen“ nur langsam ausbreiten. Dies erklärte man mit der Existenz von teilweise aufgeschmolzenen, fließfähigen Gesteinspaketen unterhalb der starren, 70–120 km mächtigen Lithosphäre.
Die neuen Methoden der Satellitengeodäsie und des VLBI, die sich in den 1990ern der cm-Genauigkeit näherten, liefern nun einen direkten Nachweis der Kontinentaldrift. Die Geschwindigkeit der Ozeanboden-Spreizung beträgt im Mittel einige Zentimeter pro Jahr, variiert aber zwischen den einzelnen Ozeanen. Die geodätisch ermittelten Driftraten zwischen den großen Platten liegen zwischen 2 und 20 cm pro Jahr und stimmen mit den geophysikalischen NUVEL-Modellen weitgehend überein.
Neben Wegeners Theorie der Kontinentaldrift enthält die Plattentektonik auch Elemente der Unterströmungstheorie von Otto Ampferer Siehe auch: Geschichte der Geologie, Permanenztheorie).
Gebirgsbildung und Vulkanismus im Licht der Plattentektonik
Im Gegensatz zu der klassischen Geosynklinal-Theorie geht man heute davon aus, dass die meisten gebirgsbildenden und vulkanischen Prozesse an die Plattenränder gebunden sind. Hier entstehen als Begleiterscheinungen der sich bewegenden Platten für den Menschen bedeutsame Naturphänomene wie Vulkanausbrüche, Erdbeben und Tsunamis.
Divergente Plattengrenzen
Mittelozeanische Rücken
Die Mittelozeanischen Rücken werden (als so genannte Rücken und Schwellen), mit einer Gesamtlänge von rund 70 000 Kilometern, als die größten zusammenhängenden Gebirgssysteme des Planeten Erde angesehen. Dort herrschen expansive Kräfte vor, sodass die Gesteine nicht gefaltet werden. Stattdessen herrscht Bruchtektonik vor, mit Bildung von Spalten und Abschiebungen, sowie von tektonischen Gräben und Horsten. An der Zentralspalte in der Kammregion der Rücken treten große Mengen an heißer, basaltischer Lava aus, die zur Ausbreitung des Meeresbodens führen.
Ein eigentümliches vulkanisches Phänomen, das an die Mittelozeanischen Rücken gebunden ist, sind die Black Smoker – hydrothermale Schlote, an denen überhitztes, mineralgesättigtes Wasser austritt.
Intrakontinentale Gräben
Auch die tektonischen Gräben, die wie der Ostafrikanische Graben als die erste Phase der Ozeanbildung aufgefasst werden können, sind mit vulkanischer Aktivität verbunden. Charakteristisch ist hier die Aufwölbung der umgebenden kontinentalen Kruste, die auf Grund der Spannungsentlastung stattfindet und zur Heraushebung von ausgedehnten Grundgebirgs-Massiven führt (Riftflankengebirge). Gerade die ungewöhnliche durchschnittliche Höhenlage des Afrikanischen Schildes lässt viele Wissenschaftler vermuten, dass sich unter dem afrikanischen Kontinent stationäre Wärmequellen befinden: mehrere so genannte Manteldiapire, wölben die Lithosphäre auf und erhitzen die Erdkruste. Es kommt zu Rissen, zu Vulkanismus und zum Austritt von Magma.
Bei zunehmender Ausweitung der Bruchzonen bilden sich schmale, langgezogene Meeresbecken, wie das Rote Meer, die sich mit der Zeit zu echten Ozeanen ausweiten können.
Konvergente Plattengrenzen
Kordilleren- oder Andentyp
Der klassische Kordillerentyp der Kettengebirge findet sich über den Subduktionszonen, in denen ozeanische Kruste direkt unter kontinentale Kruste subduziert wird, wie an der Westküste Südamerikas. Hier herrschen besonders komprimierende Bedingungen, die die Gesteinspakete herausheben, in tektonischen Decken übereinander schieben und falten. In größeren Tiefen kann es in diesen Zonen durch die erhöhten Drucke und Temperaturen auch zu Regional- Metamorphosen und Aufschmelzungen (Anatexis) kommen.
Beim Zusammenstoß einer ozeanischen Platte mit einer Kontinentalplatte kommt es neben der Gebirgsauffaltung auch zur Ausbildung eines vulkanischen Bogens. Die subduzierte Platte transportiert im Gestein gebundene Fluide – insbesondere Wasser – mit in die Tiefe. Unter den vorherrschenden Druck- und Temperaturbedingungen kommt es zu Phasentransformationen im Gestein, wobei Wasser aus der abtauchenden Platte in den darüberliegenden Mantel abgegeben wird. Dadurch wird die Schmelztemperatur des Mantelgesteins verringert und es kommt zu einer Teilaufschmelzung. Die zunächst basaltische Schmelze steigt durch die darüberliegende Lithosphäre auf und kann sich dabei mit Krustenmaterial vermengen. Andesitische bis granitische Magmen können bis an die Oberfläche gelangen und speisen dort zum Teil hochexplosive vulkanische Eruptionen. In den Hochländern der Anden Chiles, Boliviens und Perus sind die Spuren solcher Glutwolkeneruptionen zu finden. Auch die Kette der zum Teil bis heute aktiven Vulkane in den Anden (wie der Cerro Hudson oder der Corcovado) macht diese geologischen Überlegungen zur Plattentektonik modellhaft sichtbar.
Bei der Kollision von ozeanischer mit kontinentaler Kruste wird der Ozeanboden nicht immer vollständig subduziert. Kleine Reste von Meeresbodensedimenten und basaltischem Material (Ophiolithe) werden zuweilen bei der Subduktion von ihrer Unterlage 'abgeschabt' und versinken nicht im Oberen Mantel. Statt dessen werden sie, zusammen mit den Gesteinen des Kontinentalrandes, deformiert, gefaltet und in die jeweiligen Gebirgsgürtel integriert. In der Regel werden diese Gesteinspakete keilförmig auf den Kontinentalrand aufgeschoben (obduziert) und werden Teil der kontinentalen Kruste.
Vulkanische Inselbögen
In den Subduktionszonen an der Ostküste Asiens, und an den Tiefseerinnen des West-Pazifiks, wie dem Marianen- und dem Tonga-Graben, kommt es zur Bildung von gekrümmten Inselbögen. Die Krümmung ist auf das geometrische Verhalten einer Kugeloberfläche wie der Erdkruste beim Abknicken und Untertauchen eines Plattenteils zurückzuführen. Beispiele sind die Alëuten, die Kurilen oder die japanischen Inseln. Diese Inselketten sind größtenteils vulkanischen Ursprungs. Zwischen den Inselbögen und dem vorlagernden Kontinent können sich so genannte „Back-arc Basins“ entwickeln.
Daneben existieren auch Gebiete wie die südostasiatische Inselwelt oder die Karibik, in denen zwei ozeanische Platten in gegenläufigem Sinn unter eine andere ozeanische Platte subduziert werden. Nicht zufällig gehören die vulkanischen Eruptionen in diesen Gegenden zu den gewaltigsten überhaupt.
Kollisionstyp
Wenn die ozeanische Kruste zwischen zwei Kontinentalblöcken vollständig subduziert worden ist, kommt es zum Kollisionstyp der Gebirgsbildung, wie zum Beispiel beim Zusammenstoß des indischen Subkontinents mit der eurasischen Landmasse im Himalaya. Die erhaltenen Ophiolith-Zonen markieren in diesen Fällen die Lage der ehemaligen Ozeane zwischen den einzelnen Kontinentalblöcken. Auch an der Westküste Nordamerikas finden sich Anzeichen, dass der nordamerikanische Kontinent hier durch die Kollision mit kleineren 'Mikrokontinenten' und mit vulkanischen Inselbögen (Terranes) immer mehr Kruste ansetzt.
Das Bild kann bei schrägem Aufeinandertreffen der Blöcke, wie bei der Apenninhalbinsel im Mittelmeer, noch komplizierter werden. Es scheint, dass ozeanische Mittelmeerkruste zeitweilig sowohl unter die Afrikanische als auch unter die Eurasische Platte subduziert wurde, während die Iberische Halbinsel, der Sardo-korsische Block und die Apenninhalbinsel zwischen den großen Kontinentalblöcken im Gegenuhrzeigersinn rotiert wurden.
Konservative Plattengrenzen
Transformstörungen
An den Mittelozeanischen Rücken bilden sich nicht nur vulkanisch aktive Längsgräben, sondern auch querlaufende Störungen, welche die Flanken der Rücken in unregelmäßigen Abständen etwa rechtwinklig zerschneiden und die einzelnen Abschnitte gegeneinander versetzen, die so genannten Transformstörungen. An diesen Störungen wird ozeanische Kruste weder neu gebildet, noch zerstört. Dennoch sind die Transformstörungen seismisch aktiv, weil sich hier die tektonischen Spannungen entladen, die durch Plattenbewegungen schräg zu den zentralen Rücken aufgebaut werden.
Intrakontinentale Scherzonen
Auch in kontinentaler Kruste finden sich ausgedehnte Störungszonen, an der zwei Plattensegmente an einander vorbeigleiten. Sie können eine beachtliche Länge erreichen und gehören ebenfalls zu den Erdbebenschwerpunkten. Bekannte Beispiele sind die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien, oder die Nordanatolische Störung in der Türkei.
Hot-Spots
Der so genannte Hot-Spot-Vulkanismus stellt eine Besonderheit dar, da er nicht an Plattengrenzen gebunden ist. Sowohl z. B. auf Island, wie auf Hawaii, werden aus stationären Quellen im Unteren Mantel, den so genannten Diapiren oder Plumes, basaltische Laven mit spezifischer chemischer Zusammensetzung gefördert. Während Island jedoch genau auf dem Mittelatlantischen Rücken liegt und vielleicht aktiv an der Spreizung des Nordatlantiks beteiligt ist, befindet sich Hawaii mitten in der Pazifischen Platte. Die langen Inselketten des Südpazifiks erklären sich dadurch, dass die ozeanische Lithosphäre kontinuierlich über einen stationären Hot Spot geglitten ist, dessen Vulkanschlote in regelmäßigen Abständen den Ozeanboden durchschlagen haben.
Zumindest für die Inseln von Hawaii weisen neue Erkenntnisse darauf hin, dass es sich dort nicht um einen gänzlich stationären, sondern um einen beweglichen Hot Spot handelt. Wissenschaftler untersuchten die Ausrichtung des magnetischen Feldes im ehemals geschmolzenen Gestein, welches beim Erstarren das zu dem Zeitpunkt vorherrschenden Magnetfeld quasi einfriert. Die Ergebnisse decken sich nicht mit der bisherigen Annahme, sondern legen die Vermutung nahe, dass sich die Wärmequelle unter der tektonischen Platte bewegt. Die Eigenbewegung des Diapirs verläuft jedoch wesentlich langsamer als die Bewegung der Pazifischen Platte.
Ursachen der Plattentektonik und ungelöste Probleme
Wenn die Realität der Kontinentaldrift unter Geowissenschaftern auch kaum noch bezweifelt wird, so besteht über die Kräfte im Erdinnern, die die Bewegungen der Platten auslösen und vorantreiben, noch fast so viel Unklarheit wie zu Zeiten Wegeners.
Konvektionsströmung
Die heute am meisten vertretene Meinung geht von langsamen Konvektionsströmen aus, die sich durch den Wärmeübergang zwischen dem heißen Erdkern und dem Erdmantel ergibt. Der Erdmantel wird hierbei von unten aufgeheizt. Die Energie für die Aufheizung des Mantelmaterials könnte nach einer Modellvorstellung noch von der Akkretionsenergie, die bei der Entstehung der Erde frei wurde, herrühren. Zum Teil tragen auch radioaktive Zerfallsprozesse zur Aufheizung bei. Die Reibungsenergie der Gezeitenwirkung des Mondes auf den Erdkörper kann wohl vernachlässigt werden. Allerdings bilden Konvektionsströme unter Laborbedingungen, zum Beispiel in erhitzten zähen Flüssigkeiten, sehr hoch strukturierte und symmetrische Formen aus, die z. B. eine Wabenstruktur haben. Dies lässt sich kaum mit der tatsächlich beobachteten Gestalt der geotektonischen Platten und ihren Bewegungen vereinbaren.
Eine andere Theorie geht von nur zwei sich gegenüber liegenden Konvektionszentren aus. Eine heute dominante Zelle läge unter Afrika, was das dortige Vorherrschen von Dehnungsbrüchen und das Fehlen einer Subduktionszone am Rand der Afrikanischen Platte erklären würde. Die andere Konvektionszelle läge auf der Gegenseite des Globus – unter der Pazifischen Platte, die ständig an Größe verliert. Der Pazifik, der interessanterweise keinerlei kontinentale Kruste beinhaltet, wäre somit der Überrest eines urzeitlichen Superozeans Panthalassa, der einst der Pangäa gegenüber gelegen sei. Erst wenn sich im Gebiet des heutigen Pazifik alle Kontinente wieder zu einem neuen Superkontinent vereinigt hätten, würde sich die Bewegung umkehren (Wilson-Zyklus). Die neue Pangäa würde wieder auseinander brechen, um den neuen Superozean, der sich aus Atlantik, Indischem und Arktischem Ozean gebildet hätte, ein weiteres Mal zu schließen.
"Slab-pull"-Modell
Andere Autoren unterstreichen eher die Wirkung der Gravitation auf die Bewegung der Platten. Während sich die ozeanische Lithosphärenplatte von den Mittelozeanischen Rücken entfernt und auskühlt, nehmen die Mächtigkeit und die Dichte stetig zu. Aus diesem Grund sinkt bei der Kollision zweier ozeanischer Platten in der Regel die ältere der beiden Platten wegen ihrer größeren Dichte in den Mantel ein. Hat diese Subduktion erst begonnen, wird die Platte durch ihr eigenes Gewicht tiefer gezogen. Dieser Effekt wird auch Slab Pull genannt (aus dem Englischen: to pull: „ziehen“; Slab bezeichnet die abtauchende Platte). Dieser Mechanismus wird verstärkt, da das subduzierte Gestein unter den Druck- und Temperaturbedingungen in der Tiefe umgewandelt wird. Aus dem Basalt der ozeanischen Kruste entsteht dabei Eklogit, der eine deutlich höhere Dichte aufweist. Nach dieser Theorie drücken also die basaltischen Magmen an den Mittelozeanischen Rücken den Ozeanboden nicht aktiv auseinander. Vielmehr öffnen sich die Spalten passiv durch den seitlichen Zug zu den Subduktionszonen hin. Die Aufschmelzung der Magmen an den Mittelozeanischen Rücken beruht nach diesen Vorstellungen eher auf seitlicher Druckentlastung als auf erhöhtem Wärmefluss aus der Tiefe.
Plattentektonik auf anderen Himmelskörpern
Nach dem bisherigen Stand der Forschung scheint der Mechanismus der Plattentektonik nur auf der Erde wirksam zu sein. Das ist für den kleinen Planeten Merkur und für die großen Monde der Gasplaneten und den Erdmond noch plausibel. Die Lithosphäre dieser relativ zur Erde viel kleineren Himmelskörper ist im Verhältnis zu mächtig, um in Form von Platten mobil sein zu können. Allerdings zeigt Ganymeds Kruste Ansätze einer zum Erliegen gekommenen Plattentektonik. Jedoch ist bei der fast erdgroßen Venus schwer zu verstehen, warum eine Plattentektonik trotz starkem Vulkanismus nicht in Gang gekommen sein dürfte. Eine erhebliche Rolle könnte dabei das nur auf der Erde vorkommende freie Wasser spielen. Offensichtlich dient es hier bis hinab auf die Kristallgitterebene als reibungsminderndes „Schmiermittel“. Man weiß, dass an den Subduktionszonen der Erde nicht nur ein aus abgescherten Sedimenten bestehender Akkretionskeil in die Tiefe gezogen wird, sondern mit ihnen jährlich Milliarden Tonnen Wasser, das den überliegenden Erdmantel partiell aufschmelzt. Auf der Venus ist dieses Wasser einfach nicht vorhanden.
Der Mars dagegen scheint eine Zwischenstellung zu beanspruchen. Wasser bzw. Eis ist vorhanden und man meint, Ansätze einer Plattentektonik erkennen zu können. Die aufgereihten gigantischen Schildvulkane und Grabensysteme, die den halben Planeten umspannen, erinnern in gewisser Weise an das Rifting auf der Erde. Dem steht wiederum das Fehlen von eindeutigen Verschluckungszonen gegenüber. Wahrscheinlich reichte die innere Hitzeentwicklung und daraus folgende Konvektion auf diesem relativ kleinen Planeten nicht ganz aus, um den Mechanismus wirklich in Gang zu setzen, oder der Vorgang kam bereits in der Frühgeschichte des Planeten wieder zum Stillstand.
Ob eine Art Plattentektonik auf anders aufgebauten Himmelskörpern stattfindet, ist nicht bekannt, aber vorstellbar. Als Kandidaten für konvektionsgetriebene weiträumige horizontale Krustenverschiebungen können die Monde Europa und Enceladus gelten. Die knapp erdmondgroße Europa weist einen Eispanzer von etwa 100 km Dicke über einem felsigen Mondkörper auf, der in den unteren Bereichen teilweise oder vollständig aufgeschmolzen sein könnte, so dass der Eispanzer möglicherweise wie Packeis auf einem Ozean schwimmt. Der nur etwa 500 km kleine Enceladus wird wahrscheinlich durch Gezeitenkräfte aufgeheizt. Flüssiges Wasser oder weiches Eis könnte bei beiden Himmelskörpern an linearen Schwächezonen aufsteigen, das stahlharte Eis der Kruste zur Seite drücken, was wiederum folgen ließe, dass andernorts Kruste verschluckt werden müsste. Die Oberfläche dieser Monde ist jedenfalls geologisch aktiv oder zumindest aktiv gewesen, was Mechanismen der Krustenerneuerung erfordert. Der Vulkanismus auf Io dagegen scheint derartig stark zu sein, dass stabile Krustenbereiche in der Art der Platten erst gar nicht entstanden sind.
Plattenverschiebungen in der Erdgeschichte
Wir wissen, wie schnell und wohin sich die großen Platten derzeit bewegen, und verschiedene Indizien erlauben uns, ihre Wege in der Vergangenheit zu rekonstruieren. Wegen ihrer Trägheit benötigen sie Dutzende von Jahrmillionen, um zum Stillstand zu kommen und noch länger, um ihre Bewegung umzukehren.
=== Verschiebungen in der Vergangenheit === muhaha
- Man geht davon aus, dass die Landmasse der Erde vor zirka 320 Millionen Jahren im Wesentlichen zwei Kontinente umfasste, nämlich Gondwana und Laurasia.
- Vor rund 250 Millionen Jahren waren beide zum Riesenkontinent Pangäa zusammengewachsen, der vom Riesenozean Panthalassa umgeben war, und in den sich von Osten das Tethysmeer wie eine riesige Bucht hinein erstreckte.
- Vor etwa 135 Millionen Jahren brach die Kontinentalmasse auseinander. Das Tethysmeer öffnete sich weiter nach Westen und trennte einen Südkontinent ab, der wieder als Gondwana bezeichnet wird. Der Nordkontinent zerfiel durch die Öffnung des Nord-Atlantiks in die beiden Teile Nordamerika und Eurasien.
- Bis vor ca. 100 Millionen Jahren hat sich der Zerfallsprozess der Kontinente weiter fortgesetzt. Vor allem der große Südkontinent hat sich in Südamerika, Afrika, Indien, Antarktis und Australien gespalten. Das Tethysmeer trennt nach wie vor die Nordkontinente von den Südkontinenten.
Verschiebungen in der Zukunft
Alle geologischen Beobachtungen weisen darauf hin, dass die Platten weiter dynamisch sind. Es lässt sich nicht genau vorhersagen, wie die Landmassen in 200 Millionen Jahren auf der Erdoberfläche verteilt sein werden. Voraussagen lassen sich anhand einer Extrapolation der aktuellen Bewegungen erstellen:
- In 20 Millionen Jahren
- wird sich Ostafrika entlang des Ostafrikanischen Grabenbruchs vom übrigen Afrika abspalten und dabei einen neuen Ozean bilden. Portugal und Spanien lösen sich von Frankreich und drehen sich dabei leicht im Uhrzeigersinn. Australien und Neuseeland schieben sich schnell nordwärts, so dass Nordaustralien nun am Äquator liegt. Das Schwarze Meer ist vollständig vom Mittelmeer abgeschnitten und der Golf von Akaba hat sich bis zur Türkei geöffnet.
- In 40 Millionen Jahren
- wird Afrika immer weiter Richtung Norden wandern und die Mittelmeerregion komplett umgestalten, Sizilien wird nach Norden verschoben und liegt in Küstennähe vor Rom. Spanien dreht sich weiter im Uhrzeigersinn von Frankreich weg. Mitteleuropa könnte entlang des Rheins auseinander brechen. Australien wandert weiter Richtung Südostasien. Der Atlantik wird breiter, denn Amerika entfernt sich weiter von Europa und Afrika.
- In 50 Millionen Jahren
- löst sich ein Teil Kaliforniens entlang der San-Andreas-Verwerfung vom amerikanischen Festland und wandert nach Nordosten. Nordamerika mit Grönland rückt zunächst nach Westen, dreht sich dann im Uhrzeigersinn und driftet nach Süden. So gelangt Grönland in die gemäßigte Zone südlich des 60. Breitengrades.
- In 80 Millionen Jahren
- wird Afrika so weit nach Norden vorgedrungen sein, dass in Folge des Schubs nach und nach an die Stelle des Mittelmeers eine neue Gebirgskette getreten sein wird, und damit werden endgültig die letzten Spuren der Antike verschwunden sein. Australien ist in der Zwischenzeit mit Japan kollidiert, Neuseeland hat die Tropen erreicht und die Antarktis steuert auf Australien zu.
- In 90 Millionen Jahren
- sind Nord- und Südamerika getrennt. Nordamerika verlagert sich südlich an die Seite Südamerikas.
- In 150 Millionen Jahren
- ist das gesamte Grönland südlich Perus bei ungefähr 30 Grad südlicher Breite angelangt.
- In 200 Millionen Jahren
- hat sich die Antarktis Mexiko so stark angenähert, dass beide am Äquator liegen und die Antarktis wie zuletzt im frühen Mesozoikum üppig bewachsen sein wird. Ostafrika kollidiert mit Indien, Madagaskar trifft auf Südostasien. Neufundland befindet sich bereits bei 10 Grad nördlicher Breite und bewegt sich weiter auf den Äquator zu, den Florida auf seinem Weg nach Süden bereits hinter sich gelassen hat. Südamerika hat sich im Uhrzeigersinn um 90 Grad gedreht. In den letzten 200 Millionen Jahren haben sich Skandinavien und die Britischen Inseln langsam in südöstliche Richtung bewegt.
Allgemein
Indien wird sich noch einige Zeit unter den Himalaya schieben und vielleicht völlig unter Tibet verschwinden. Dafür werden im Norden die Erhebungen in der Mongolei weiter wachsen und schließlich wird sich eine ausgedehnte Gebirgskette bis zum Baikalsee vorschieben.
Große Veränderungen sind vor Australien zu erwarten, das rasch nach Norden driftet und sich wahrscheinlich unter die Sunda-Inseln schieben wird. Diese wachsen dann zu einer neuen Gebirgskette empor, die auf die Australische Platte aufgleitet.
Entlang der Seenplatte des Ostafrikanischen Grabens, dem südlichen Teil des Großen Afrikanischen Grabenbruchs, ist die Entstehung eines neuen Ozeans zu beobachten, der sich mit dem Roten Meer verbinden wird. Als Folge wird sich eine neue kontinentale Platte von Afrika abspalten und weiter nach Osten driften. Aus dem Grabenbruch wird dann ein neuer mittelozeanischer Rücken werden.
Der Atlantik wird sich weiterhin entlang des mittelatlantischen Rückens öffnen. Im Gegenzug wird sich der Pazifik sukzessive verkleinern und in ferner Zukunft vollständig verschwinden. Der Pazifik ist ein Überbleibsel von Panthalassa – jenem Ozean, der einst den Superkontinent Pangäa umgab. Der mittelozeanische Rücken des Nordpazifiks wurde unter Nordamerika subduziert, vor Südamerika steht dieser Prozess kurz bevor. Es ist davon auszugehen, dass sich dies fortsetzen wird.
Siehe auch
- Meerestief, Meerestiefe
- Rücken und Schwellen, Transformstörung
- Tiefsee, Tiefseebecken, Tiefseegraben
- Geodynamik, Satellitengeodäsie
- Kraton, Superkontinent
- Mineralienatlas:Tektonik Ein Reise durch die Abläufe in und auf der Erde
Literatur
- Wolfgang Frisch, Martin Meschede: Plattentektonik. Primus-Verlag, Darmstadt 2005. ISBN 3-89678-525-7
- Ozeane und Kontinente, ihre Herkunft, ihre Geschichte und Struktur. Spektrum-der-Wissenschaft-Verlagsgesellschaft, Heidelberg 1985. ISBN 3-922508-24-3
- Hans Pichler: Vulkanismus. Naturgewalt, Klimafaktor und kosmische Formkraft. Spektrum-der-Wissenschaft-Verlagsgesellschaft, Heidelberg 1985. ISBN 3-922508-32-4
- H. Miller: Abriß der Plattentektonik. Enke, Stuttgart 1992. ISBN 3-432-99731-0
- Alfred Wegener: Die Entstehung der Kontinente. in: Geologische Rundschau - Zeitschrift für allgemeine Geologie. Springer, Berlin 3.1912,4 (9. Juli). ISSN 0016-7835
- Rainer Kind, Xiaohui Yuan: Kollidierende Kontinente. in: Physik in unserer Zeit. Wiley-VCH, Weinheim 34.2003,5, 213-217. ISSN 0031-9252
Film
Vorlage:Alpha Centauri – Bitte nur die Nummer der Episode angeben!
Weblinks
- Alfred Wegener: Die Entstehung der Kontinente und Ozeane Vierte Auflage von 1929
- Plattentektonik Lerneinheit auf webgeo.de
- Animation zur Plattentektonik (Flash-Format)
- Animation zur Plattentektonik (GIF-Format, Englisch)
- Entwicklung der plattentektonischen Situation während des Phanerozoikums (Englisch)
- Verschiebung der Landmassen in der Zukunft
