Allgemeine Geophysik

(9) Plattentektonik

Geophysik 156

Plattentektonik – Plattengrenzen

Die fünfzehn wichtigsten Lithosphärenplatten und ihre Grenzen, nach P & S, 1994.

Pazifische Platte

Eurasische Platte

Eurasische Platte

Afrikanische Platte

Nord-amerikanische

Platte

Süd-amerikanische

PlatteIndisch-

Australische Platte

Antarktische Platte

Geophysik 157

Plattentektonik – Moho & Co

Hypsographische Kurve der ErdoberflächeKumulative Verteilung der Flächenanteile bestimmter Höhenstufen (bezogen auf den Meeresspiegel).

Die Lithosphäre, eine starre feste Schicht, die aus der Kruste und den äußeren Bereichen des Mantels besteht, schwimmt auf dem plastischen, teilweise ge-schmolzenen Bereich des Mantels, den man als Asthenosphäre bezeichnet.

Schematische Darstellung der Konvektions-bewegung im Erdmantel. Quelle: P & S, 1994 (alle).

An mittelozeanischen Rücken entsteht laufend neue ozeanische Kruste in Form von Sheeted Dikes und Kissenlava. Das ab-kühlende Dach der Magmakammer erstarrt als Gabbro. Die Mohorovičič-Diskontinuität (kurz Moho) trennt Kruste und Mantel.

Asthenosphäre (plastisch)

Lithosphäre (starr)

Oberer Mantel

KontinentaleKruste

OzeanischeKruste

Mantel

Kern

Mantel

Ozean

Sedimente

Mittelozeanischer Rücken

MagmakammerGabbro

Peridotit

OzeanischeKruste

Moho

Geophysik 158

Mittelozeanische Rücken

Die mittelozeanischen Rücken bilden ein etwa 60 000km langes, weltumspannendes Gebirge

Geophysik 159

Quelle: NOAA

Mittelozeanische Rücken

In Island (Thingvellir) erhebt sich der mittelatlantische Rücken über den Meeresspiegel. Links der Zentralspalte („Rift“) ist die eurasische, rechts die nordamerikanische Platte (Bild UF) .

Geophysik 160

Black Smoker & Co

„Schwarze Raucher“ – Schwefel und Schwermetallen werden aus auf bis zu 400°C aufgeheiztem

Meerwasser ausgefällt.

In Form von Kissenlava wird an mittelozeanischen Rücken ständig

neue basaltische Ozeankruste gebildet.

Bis zu 3m lange Röhrenwürmer sind Teil der Lebensgemeinschaft, die auf der Chemosynthese von

Schwefelbakterien beruht.

Geophysik 161

Paläomagnetismus

Thermoremanenz: Erstarrendes Magma wird in Richtung des gerade herrschenden Magnetfeldes magnetisiert, die Richtung wird bei der Abkühlung „eingefroren“.

SedimentationsremanenzEinregelung magnetischer

Mineralkörner.

Schematische Darstellung des Verlaufs der Feldlinien des Erdmagnetfeldes(Dipol). Die Achse ist um etwa 11° gegen die Rotationsachse geneigt.Es gilt:

I = Inklinationm= magnetische Breite

Mittelozeanischer RückenGeographische

rNordpol

MagnetischerNordpol

mI tan2tan

normalinvers

Brunhes (normal)

Gauss (normal)

Matuyama (invers)

Gilbert (invers)

Geophysik 162

Nach P & S, 1994

Ozeanbodenalter

Das weltweite Seafloor-Spreading wird durch Isochronen erkennbar, die Stellen des Meeres-bodens mit gleichem Alter verbinden. Die farbigen Streifen ent-sprechen den geo-logischen Zeitaltern, in denen der Meeresboden gebildet wurde. Ozeanische Kruste ist zum überwiegenden Teil wesentlich jünger als kontinentale. Es gibt praktisch keinen Ozean-boden, der älter als 200 Millionen Jahre ist.

Geophysik 163

Quelle: P & S, 1994

Subduktion 1

Ozean–Kontinent Kollision.

Ozean–Ozean KollisionDivergierende und konvergierende Plattengrenzen. Nach P & S, 1994.

OzeanischeKruste

Asthenosphäre

KontinentaleKruste

MagmaBildung

Tiefseegraben

Lithosphäre

Mittelozean. Rücken

Divergierende Plattengrenze Konvergierende Plattengrenze

Gebirgsbildung

Erdbebenherde Tiefseegraben Vulkan. Inselbogen

Tiefseegraben Vulkanisch-Magmatische Zone

Geophysik 164

Inselbögen – Java

Die indonesischen Inseln Sumatra, Java, Bali, Lombok … sind ein Paradebeispiel für einen Inselbogen. Hier reiht sich ein Vulkan an den nächsten, es rauchen Semeru (hinten) und Bromo (links). Quelle: D. Walton.

Geophysik 165

Inselbögen – Aleuten

Die Aleuten sind ein weiteres Paradebeispiel. Hier bricht gerade der Cleveland Vulkan aus, gesehen von der Internationalen Weltraumstation (Quelle: J. N. Williams).

Geophysik 166

Inselbögen

Die Alaska-Halbinsel (links, Quelle: NASA) ist sozusagen die Fortsetzung des Aleuten-Bogens mit anderen Mitteln. Auch Japan ist ein typisches Beispiel für einen Inselbogen (rechts, Quelle: ESA).

Geophysik 167

Gebirgsbildung

Die (hier schneebedeckten) Anden (links, Quelle: NASA), sind ein Bilderbuch-Beispiel für Gebirgs-bildung durch Ozean – Kontinent Kollision. Der Himalaya verdankt seine Entstehung einer (noch andauernden) Kontinent – Kontinent Kollision.

Geophysik 168

Subduktion 2

Kontinent – Kontinent Kollision. Bevor es zur Kollision der Kontinente kommt, wird i. A. ozeanische Kruste subduziert, die zwischen den konvergierenden Kontinenten liegt. Am Anfang steht also eine Ozean – Kontinent Kollision. Sedimente aus dem schrumpfenden Ozean werden in das Gebirge eingebaut, auch Teile der ozeanischen Kruste können sich z. T. „an Land retten“ und bilden Ophiolithe. Es entsteht seine so genannte Tektonische Melange. Sobald die Kontinente aufeinander treffen, kann nur noch Mantel- aber kein Krustenmaterial mehr abtauchen. Nach P & S, 1994.

Geophysik 169

Transformstörungen

An Transformstörungen gleiten Platten bzw. Krusten-blöcke aneinander vorbei, es bilden sich Verwerfungen („Faults“). Das bekannteste Beispiel ist die „San Andreas Verwerfung“ in Kalifornien. Links der Bereich, der als „Elkhorn Scarp“ bezeichnet wird (Elk Elch). Besonders deutlich sieht man den Versatz (oben) beim Verlauf des Wallace Creek (aktuell ~100 m). Luftbilder: David Lynch (nicht der von „Twin Peaks“).

Geophysik 170

Der Ozeanboden

Die Bereiche um die mittelozeanischen Rücken sind durch Transformstörungen geprägt. Karte von Heezen & Tharp, 1997.

Achse des Ostpazifischen Rückens

Transformstörung

Geophysik 171

Entstehung eines Ozeans

Bildung eines Grabenbruchs (=Rift) und Entstehung eines neuen Ozeans mit passiven Kontinentalrändern (z.B. „junger“ Atlantik). P & S, 1994.

PlattengrenzeMittelozeanischer Rücken Passiver KontinentalrandPassiver Kontinentalrand

Ozeanische Kruste

Kontinentale Kruste

Kontinentalschelf

Kontinentalhang

Kontinentalfuß

Grabenbruch

Geophysik 172

Entstehung eines Ozeans

Im Afar Dreieck reißt die Erdkruste auf (links: T. Wright, rechts: E. Baker). Die Region liegt schon unter dem Meeresspiegel (Danakil-Senke) und wird überflutet werden, sobald es eine Verbindung zum Roten Meer gibt.

Geophysik 173

Plattentektonik – Erdgeschichte

Wandernde Kontinente, Bildung und Zerfall von Pangaea.

Geophysik 174

Plattentektonik – Erdgeschichte

Das „Auftauchen“ des Réunion-Hotspot war maßgeblich beteiligt an der schnellen Bewegung von Indien im Tertiär (Bildquelle: Müller, Nature 2011).

Geophysik 175

Plattentektonik – Alternative

Es hätte auch anders kommen können … (Bildquelle: C. Heiner & S. Brune).

Geophysik 176

Hot Spots und Manteldiapire

Guyot

AktiverVulkan

Bewegungsrichtung der Lithosphärenplatte

Hot Spots und vulkanische Inselketten

Hot Spot – Aufsteigendes Magma

Geophysik 177

Inselketten

Die Hawaii Inseln sind ein Bilderbuch- (Lehr-buch) Beispiel für eine Inselkette, die durch einen Hot Spot erzeugt wird. Aktive Vulkane gibt es derzeit nur auf „Big Island“ und Maui bzw. auf Loihi, das sich allerdings noch unter dem Meeresspiegel be-findet. Kauai ist schon stark erodiert, hier findet man den „Grand Canyon“ des Pazifik. Jenseits von Midway gibt es nur noch „Seamounts“. Bildquelle: T&T, 1999.

Geophysik 178

Hot Spots im Pazifik

Hawaii Hot Spot

PitcairnOsterinsel

Cook Inseln

Galapagos

Hot Spots im Pazifik und vulkanische Inselketten, die durch Gleiten der Platten über den mehr oder weniger stationären Hot Spot gebildet werden (Paradebeispiel = Hawaii).

Hawaii Inseln

Emperor Seamounts

Tuamoto Archipel

Geophysik 179

Quelle: SdW

Vom Vulkan zum Atoll

Entsteht eine Hot Spot Insel in geeigneter klimatischer Region, so kommt es zur Bildung von Saumriffen, im Zuge des Absinken der Insel wird daraus ein Barriere-Riff und schließlich ein Atoll, das die zentrale Lagune umgibt. Abb.: P & S, 1994.

Geophysik 180

Hot Spots und ihre Spuren

Vulkaninseln – Galapagos (links oben) Versinkende Vulkane mit Saumriffen und Atollen – Tahiti und Bora Bora, Franz. Polynesien (links unten)Atolle mit vollständig versunkenen Vulkanen – Malediven (rechts oben).

Geophysik 181

Quelle: NASA

Plateaubasalte

Hawaii – ein Bilderbuch „Hot Spot“, derzeit unter Hawaii – „Big Island“, gleichzeitig Arbeit an einer neuen Insel – Loihi (derzeit –969 m, Stand 2010).

Walvis Hot Spot – Aktive Beteiligung an der Bildung des Südatlantiks, heute unter Tristan da Cunha, Spuren: Rio Grande Schwelle im Westen, Walvis Rücken im Osten.

Geophysik 182

Quelle: SdW

Plateaubasalte

Wenn der „Pilzkopf“ eines Manteldiapirs die Kruste erreicht bilden sich gewaltige Flutbasalte (zum Glück nicht in historischer Zeit) und (schaffen unter anderem) Unordnung auf dem Ozeanboden.

Geophysik 183

Quelle: SdW

Dekkan Flutbasalte

Dekkan Trapps, Indien.

Geophysik 184

Spalteneruptionen an Hot Spots

Spalteneruption, Piton de la Fournaise (La Réunion)

Spalteneruptionen in Hawaii: Puuo (o.r.),Kilauea (li. u. re.) als(sehr bescheidene) Beispiele für die Entstehung von Plateaubasalten in der Vergangenheit

Geophysik 185

Hot Spots und Schildvulkane

Der Maun Loa auf Hawaii (oben im Hintergrund und rechts unten in den Satellitenbildern, NASA) ist der mächtigste Schildvulkan auf der Erde, genährt von einem Hot Spot. Er, und der etwas höhere (aber weniger „voluminöse“) Mauna Kea, von dem das obere Bild aufgenommen wurde, erheben sich mehr als 9 000 m über den Meeresboden.

Geophysik 186

Mächtige Schildvulkane

Noch gewaltiger ist der Olympus Mons auf dem Mars – er ist 22 km höher als seine Umgebung (NASA).

Geophysik 187

Quelle: NASA

Hot Spot - Vulkanismus

Auch unter Island befindet sich ein Hot Spot – und zwar genau am mittelatlantischen Rücken. Wegen der basaltischen Lava verlaufen die Ausbrüche meist ruhig – so wie die Spalteneruption von Eyjafjalla im März 2010 (Reuters).

Geophysik 188

Im April 2010 kam es dann allerdings zu einem Ausbruch unter dem Gletscher Eyjafjallajökull – und die Kombination Magma + Wasser ist sehr explosiv – das aufsteigende Magma wird ein kleinste Fetzen zerrissen – es bildet sich die vulkanische Asche. (Bildquelle: Marco Fulle). Bei Vulkanausbrüchen kommt es auch zu Ladungstrennung, und damit zu Gewitter-Entladungen.