Plattentektonik

Brücke über das Álfagjá-Grabental im Südwesten Island , die Grenze der eurasischen und nordamerikanischen kontinentalen tektonischen Platten.

Plattentektonik (aus dem Griechischen tekton, Tekton „Baumeister“ oder „Maurer“) ist eine Theorie von Geologie die entwickelt wurde, um die beobachteten Beweise für großräumige Bewegungen innerhalb der Erde zu erklären Kruste . Die Theorie umfasste und ersetzte die ältere Theorie der Kontinentaldrift aus der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts und das in den 1960er Jahren entwickelte Konzept der Ausbreitung des Meeresbodens.

Der äußerste Teil der Erde 's Inneres besteht aus zwei Schichten: Oben ist die Lithosphäre, bestehend aus der Kruste und der starre oberste Teil des Mantels. Unterhalb der Lithosphäre liegt die Asthenosphäre, eine viskosere Zone des Mantels. Obwohl die Asthenosphäre fest ist, hat sie eine sehr geringe Scherfestigkeit und kann auf geologischen Zeitskalen wie eine Flüssigkeit fließen. Der tiefere Mantel unterhalb der Asthenosphäre ist wieder starrer.

Die Lithosphäre im Wesentlichen schwimmt auf der Asthenosphäre. Die Lithosphäre ist in sogenannte zerfallen tektonischen Platten – im Falle der Erde gibt es zehn Haupt- und viele Nebenplatten. Diese Platten bewegen sich relativ zueinander an einer von drei Arten von Plattengrenzen: konvergierend, divergent und transformierend. Erdbeben , vulkanische Aktivität , Gebirgsbildung und ozeanische Grabenbildung treten entlang der Plattengrenzen auf. Die seitliche Bewegung der Platten erfolgt typischerweise mit Geschwindigkeiten von mehreren Zentimetern pro Jahr.

Synopse zur Entwicklung

Die Theorie der Plattentektonik ist derzeit die Theorie, die von der überwiegenden Mehrheit der in den Geowissenschaften tätigen Wissenschaftler akzeptiert wird. Es entstand aus frühen Hypothesen im Zusammenhang mit der Kontinentaldrift und ging diesen voraus und folgte der Entwicklung des Mechanismus der Ausbreitung des Meeresbodens (für den die Entdeckung magnetischer Anomalien, die durch ein klares Muster paralleler Streifen auf dem Meeresboden verteilt sind, als eindrucksvoller Beweis diente). Die Plattentektonik wurde schnell zu einer Theorie am Rande einer wissenschaftlichen Revolution. Gleichzeitige Fortschritte bei frühen seismischen Bildgebungstechniken in und um die Wadati-Benioff-Zonen zusammen mit zahlreichen anderen geologischen Beobachtungen festigten bald die Plattentektonik als eine Theorie mit außergewöhnlicher Erklärungs- und Vorhersagekraft in den folgenden Jahrzehnten (und weiterhin). Die Plattentektonik wurde in den späten 1960er Jahren entwickelt und ist seitdem von Wissenschaftlern im Wesentlichen allgemein als vorherrschend in allen geowissenschaftlichen Disziplinen akzeptiert worden. Die Theorie hat die Geowissenschaften aufgrund ihrer vereinheitlichenden und erklärenden Kraft für verschiedene geologische Phänomene revolutioniert.

Schlüsselprinzipien

Die tektonischen Platten der Erde wurden in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts kartiert.

Die Einteilung der äußeren Teile des Erdinneren in lithosphärische und asthenosphärische Komponenten basiert auf ihren mechanischen Unterschieden. Die Lithosphäre ist kühler und starrer, während die Asthenosphäre heißer und mechanisch schwächer ist. Diese Aufteilung sollte nicht mit der verwechselt werden chemisch Unterteilung der Erde in (vom innersten zum äußersten) Kern, Mantel und Kruste . Die Lithosphäre enthält sowohl Kruste als auch etwas Mantel. Ein bestimmtes Stück Mantel kann je nach Temperatur, Druck und Scherfestigkeit zu unterschiedlichen Zeiten Teil der Lithosphäre oder der Asthenosphäre sein. Das Schlüsselprinzip der Plattentektonik ist, dass die Lithosphäre getrennt und eigenständig existiert tektonischen Platten , die auf der flüssigkeitsartigen (viskoelastischen Festkörper) Asthenosphäre schwimmen. Die relative Fluidität der Asthenosphäre ermöglicht es den tektonischen Platten, sich in verschiedene Richtungen zu bewegen.

Die Platten sind etwa 100 km (60 Meilen) dick und bestehen aus einem lithosphärischen Mantel, der von einer von zwei Arten von Krustenmaterial überlagert wird: ozeanische Kruste (in älteren Texten als glatt aus Silizium und Magnesium ) und kontinentale Kruste ( unglücklich aus Silizium u Aluminium ). Die beiden Krustentypen unterscheiden sich in der Dicke, wobei die kontinentale Kruste erheblich dicker ist als die ozeanische (50 km gegenüber 5 km).

Eine Platte trifft entlang a auf eine andere Plattengrenze , und Plattengrenzen werden häufig mit geologischen Ereignissen wie z Erdbeben und die Schaffung topografischer Merkmale wie Berge, Vulkane und Ozeangräben. Die meisten aktiven Vulkane der Welt treten entlang der Plattengrenzen auf, wobei der Feuerring der Pazifischen Platte am aktivsten und berühmtesten ist. Diese Grenzen werden weiter unten ausführlicher erörtert.

Tektonische Platten können enthalten kontinentale Kruste oder ozeanische Kruste, und typischerweise trägt eine einzelne Platte beides. Beispielsweise umfasst die Afrikanische Platte den Kontinent und Teile des Bodens des Atlantiks und des Indischen Ozeans. Die Unterscheidung zwischen kontinentaler und ozeanischer Kruste basiert auf der Dichte der Bestandteile; Die ozeanische Kruste ist aufgrund ihrer unterschiedlichen Anteile verschiedener Elemente, insbesondere Silizium, dichter als die kontinentale Kruste. Die ozeanische Kruste hat weniger Silizium und mehr schwerere Elemente ('mafisch') als die kontinentale Kruste ('felsisch').

Infolgedessen liegt die ozeanische Kruste im Allgemeinen unter dem Meeresspiegel (z. B. der größte Teil der Pazifischen Platte), während die kontinentale Kruste über den Meeresspiegel hinausragt (siehe Isostasie zur Erklärung dieses Prinzips).

Arten von Plattengrenzen

Drei Arten von Plattengrenzen.

Es gibt drei Arten von Plattengrenzen, die durch die Art und Weise gekennzeichnet sind, wie sich die Platten relativ zueinander bewegen. Sie sind mit verschiedenen Arten von Oberflächenphänomenen verbunden. Die verschiedenen Arten von Plattengrenzen sind:

1. Grenzen transformieren treten dort auf, wo Platten entlang von Transformationsfehlern aneinander vorbeigleiten oder, vielleicht genauer gesagt, aneinander vorbeischleifen. Die relative Bewegung der beiden Platten ist entweder sinistral (links zum Betrachter) oder rechts (rechts zum Betrachter).
2. Abweichende Grenzen treten dort auf, wo zwei Platten auseinander gleiten (Beispiele dafür sind an mittelozeanischen Rücken und aktiven Riftzonen (wie beim Ostafrika-Rift) zu sehen).
3. Konvergente Grenzen (oder aktive Ränder ) treten auf, wenn zwei Platten aufeinander zu gleiten und entweder eine Subduktionszone (wenn sich eine Platte unter die andere bewegt) oder eine Kontinentalkollision (wenn die beiden Platten eine kontinentale Kruste enthalten) bilden. Tiefe Meeresgräben sind typischerweise mit Subduktionszonen verbunden. Aufgrund von Reibung und Erwärmung der abtauchenden Platte ist der Vulkanismus fast immer eng miteinander verbunden. Beispiele hierfür sind die Anden Gebirgskette in Südamerika und der japanisch Inselbogen.

Transformiere (konservative) Grenzen

Die links- oder rechtsseitige Bewegung einer Platte gegen eine andere entlang von Transformationsfehlern kann gut sichtbare Oberflächeneffekte verursachen. Aufgrund der Reibung können die Platten nicht einfach aneinander vorbeigleiten. Vielmehr baut sich Spannung in beiden Platten auf, und wenn sie ein Niveau erreicht, das die Dehnungsschwelle von Gesteinen auf beiden Seiten der Verwerfung überschreitet, wird die akkumulierte potentielle Energie als Dehnung freigesetzt. Die Dehnung ist sowohl kumulativ als auch augenblicklich, abhängig von der Rheologie des Gesteins; Die duktile untere Kruste und der Mantel akkumulieren allmählich Verformungen durch Scherung, während die spröde obere Kruste durch Bruch oder sofortige Spannungsfreisetzung reagiert, um eine Bewegung entlang der Verwerfung zu verursachen. Die duktile Oberfläche des Fehlers kann sich auch sofort lösen, wenn die Dehnungsrate zu groß ist. Die Energie, die durch sofortiges Spannungslösen freigesetzt wird, ist die Ursache für Erdbeben , ein häufiges Phänomen entlang Transformationsgrenzen.

Ein gutes Beispiel für diese Art von Plattengrenze ist die San-Andreas-Verwerfung, die sich an der Westküste von befindet Nordamerika und ist Teil eines hochkomplexen Störungssystems in diesem Bereich. An dieser Stelle bewegen sich die pazifische und die nordamerikanische Platte relativ zueinander, so dass sich die pazifische Platte in Bezug auf Nordamerika nach Nordwesten bewegt. Andere Beispiele für Transformationsverwerfungen sind die Alpenverwerfung in Neuseeland und die Nordanatolische Verwerfung in Truthahn . Transformationsfehler werden auch gefunden, die die Kämme mittelozeanischer Rücken ausgleichen (z. B. die Mendocino-Bruchzone vor der Küste Nordkaliforniens).

Abweichende (konstruktive) Grenzen

An divergierenden Grenzen bewegen sich zwei Platten auseinander und der dadurch entstehende Raum wird mit neuem Krustenmaterial gefüllt, das aus geschmolzenem Material stammt Magma das sich unten bildet. Es wird manchmal angenommen, dass der Ursprung neuer divergierender Grenzen an Dreifachkreuzungen mit dem Phänomen verbunden ist, das als Hotspots bekannt ist. Hier bringen außerordentlich große Konvektionszellen sehr große Mengen an heißem asthenosphärischem Material in die Nähe der Oberfläche, und es wird angenommen, dass die kinetische Energie ausreicht, um die Lithosphäre auseinanderzubrechen. Der Hot Spot, der möglicherweise das Mittelatlantische Rückensystem initiiert hat, liegt derzeit zugrunde Island die sich mit einer Rate von wenigen Zentimetern pro Jahrhundert verbreitert.

Abweichende Grenzen werden in der ozeanischen Lithosphäre durch die Risse des ozeanischen Rückensystems, einschließlich des Mittelatlantischen Rückens und des ostpazifischen Rückens, und in der kontinentalen Lithosphäre durch Rift Valleys wie das berühmte gekennzeichnet Ostafrikanisches Great Rift Valley . Abweichende Grenzen können massive Störungszonen im ozeanischen Rückensystem schaffen. Die Ausbreitung ist im Allgemeinen nicht gleichmäßig, so dass dort, wo die Ausbreitungsraten benachbarter Kammblöcke unterschiedlich sind, massive Transformationsfehler auftreten. Dies sind die Bruchzonen, von denen viele Namen tragen, die eine Hauptquelle für Unterwasserbeben sind. Eine Meeresbodenkarte zeigt ein ziemlich seltsames Muster blockartiger Strukturen, die durch lineare Merkmale senkrecht zur Rückenachse getrennt sind. Betrachtet man den Meeresboden zwischen den Bruchzonen als Förderbänder, die den Grat auf beiden Seiten des Risses vom Ausbreitungszentrum wegtragen, wird die Aktion deutlich. Die Kammtiefen der alten Kämme, parallel zum aktuellen Ausbreitungszentrum, werden älter und tiefer sein (aufgrund thermischer Kontraktion und Senkung).

An den mittelozeanischen Rücken wurde einer der wichtigsten Beweise gefunden, die die Akzeptanz der Hypothese der Ausbreitung des Meeresbodens erzwingen. Geomagnetische Untersuchungen aus der Luft zeigten ein seltsames Muster symmetrischer magnetischer Umkehrungen auf gegenüberliegenden Seiten der Bergrückenzentren. Das Muster war viel zu regelmäßig, um zufällig zu sein, da die Breiten der gegenüberliegenden Bänder zu eng aufeinander abgestimmt waren. Wissenschaftler hatten Polarumkehrungen untersucht und die Verbindung wurde hergestellt. Die magnetische Streifenbildung entspricht direkt den Polumkehrungen der Erde. Dies wurde durch Messung des Alters der Felsen innerhalb jeder Bande bestätigt. Die Streifenbildung liefert eine zeitliche und räumliche Karte sowohl der Ausbreitungsrate als auch der Polarumkehrungen.

Konvergente (destruktive) Grenzen

Die Art einer konvergenten Grenze hängt von der Art der Lithosphäre in den kollidierenden Platten ab. Wenn eine dichte ozeanische Platte mit einer weniger dichten kontinentalen Platte kollidiert, wird die ozeanische Platte aufgrund des größeren Auftriebs der kontinentalen Lithosphäre typischerweise darunter geschoben und bildet eine Subduktionszone. An der Oberfläche ist der topografische Ausdruck üblicherweise ein ozeanischer Graben auf der Ozeanseite und eine Bergkette auf der Kontinentalseite. Ein Beispiel für eine kontinental-ozeanische Subduktionszone ist das Gebiet entlang der Westküste von Südamerika wo die ozeanische Nazca-Platte unter die kontinentale südamerikanische Platte subduziert wird.

Während die Prozesse, die direkt mit der Produktion von Schmelzen direkt über abwärts gehenden Platten verbunden sind, die Oberflächenvulkanismus erzeugen, Gegenstand einiger Debatten in der geologischen Gemeinschaft sind, legt der allgemeine Konsens aus der laufenden Forschung nahe, dass die Freisetzung von flüchtigen Stoffen der Hauptbeitrag ist. Wenn die subduzierende Platte absinkt, steigt ihre Temperatur und treibt flüchtige Stoffe (vor allem Wasser) aus, die in der porösen ozeanischen Kruste eingeschlossen sind. Wenn dieses Wasser in den Mantel der übergeordneten Platte aufsteigt, senkt es die Schmelztemperatur des umgebenden Mantels und erzeugt Schmelzen ( Magma ) mit großen Mengen gelöster Gase. Diese Schmelzen steigen an die Oberfläche und sind aufgrund ihrer hohen Volumina an extrem unter Druck stehenden Gasen die Quelle einiger der explosivsten Vulkanismen der Erde (betrachten Sie Mount St. Helens ). Die Schmelzen steigen an die Oberfläche und kühlen unter Bildung langer Ketten ab Vulkane landeinwärts vom Festlandsockel und parallel dazu. Die kontinentale Wirbelsäule des Westens Südamerika ist dicht mit dieser Art von vulkanischem Gebirgsbau aus der Subduktion der Nazca-Platte. Im Nordamerika Die Cascade-Bergkette, die sich von der kalifornischen Sierra Nevada nach Norden erstreckt, gehört ebenfalls zu diesem Typ. Solche Vulkane zeichnen sich durch abwechselnde Perioden ruhiger und episodischer Eruptionen aus, die mit einem explosiven Gasausstoß mit feinen Partikeln aus glasiger Vulkanasche und schwammiger Schlacke beginnen, gefolgt von einer Wiederaufbauphase mit heißem Magma. Die gesamte Grenze des Pazifischen Ozeans ist von langen Vulkanen umgeben und wird zusammenfassend als 'Pazifischer Ozean' bezeichnet Der Feuerring .

Wenn zwei Kontinentalplatten kollidieren, knicken und komprimieren die Platten entweder, oder eine Platte taucht unter oder (in einigen Fällen) überlagert die andere. Beide Maßnahmen werden ausgedehnte Gebirgszüge schaffen. Der dramatischste Effekt ist, wenn der nördliche Rand der Indischen Platte unter einen Teil der Eurasischen Platte geschoben wird, sie anhebt und die erzeugt Himalaya und das tibetische Plateau dahinter. Es hat auch dazu geführt, dass sich Teile des asiatischen Kontinents auf beiden Seiten der Kollision nach Westen und Osten verformen.

Wenn zwei Platten mit ozeanischer Kruste zusammenlaufen, erzeugen sie typischerweise einen Inselbogen, wenn eine Platte unter die andere subduziert wird. Der Bogen wird aus Vulkanen gebildet, die durch die überlagernde Platte ausbrechen, wenn die absteigende Platte darunter schmilzt. Die Bogenform entsteht durch die kugelförmige Oberfläche der Erde (mit einem Messer in die Schale einer Orange schneiden und den Bogen beachten, der durch das Lineal des Messers gebildet wird). Ein tiefer Unterwassergraben befindet sich vor solchen Bögen, wo die absteigende Platte nach unten abfällt. Gute Beispiele für diese Art der Plattenkonvergenz wären Japan und die Aleuten-Inseln in Alaska.

Ozeanisch / Kontinental

Kontinental / Kontinental

Ozeanisch / Ozeanisch

Platten können eher in einem schrägen Winkel als frontal kollidieren (z. B. bewegt sich eine Platte nach Norden, die andere nach Südosten), und dies kann zusätzlich zur Subduktion Blattverschiebungen entlang der Kollisionszone verursachen.

Nicht alle Plattengrenzen sind einfach zu definieren. Einige sind breite Gürtel, deren Bewegungen Wissenschaftlern unklar sind. Ein Beispiel wäre die Mittelmeer-Alpen-Grenze, die zwei Hauptplatten und mehrere Mikroplatten umfasst. Die Grenzen der Platten stimmen nicht unbedingt mit denen der Kontinente überein. So umfasst die Nordamerikanische Platte nicht nur Nordamerika, sondern auch das fernöstliche Sibirien und Nordjapan.

Antriebskräfte der Plattenbewegung

Platten können sich aufgrund der relativen Schwäche der Asthenosphäre bewegen. Die Ableitung von Wärme aus dem Mantel gilt als die ursprüngliche Energiequelle, die die Plattentektonik antreibt.

Zwei- und dreidimensionale Abbildungen des Erdinneren (seismische Tomographie) zeigen, dass es im gesamten Erdmantel eine lateral heterogene Dichteverteilung gibt. Solche Dichtevariationen können materiell (aus der Gesteinschemie), mineralisch (aus Variationen in Mineralstrukturen) oder thermisch (durch thermische Ausdehnung und Kontraktion durch Wärmeenergie) sein. Die Manifestation dieser seitlichen Dichteheterogenität ist Mantelkonvektion von Auftriebskräften. Tanimoto 2000. Wie die Mantelkonvektion direkt und indirekt mit der Bewegung der Platten zusammenhängt, ist Gegenstand laufender Untersuchungen und Diskussionen in der Geodynamik. Irgendwie das Energie müssen in die Lithosphäre übertragen werden, damit sich tektonische Platten bewegen können. Es gibt im Wesentlichen zwei Arten von Kräften, von denen angenommen wird, dass sie die Plattenbewegung beeinflussen: Reibung und Schwere .

Reibung

Basalwiderstand

Große Konvektionsströme im oberen Mantel werden durch die Asthenosphäre übertragen; Bewegung wird durch Reibung zwischen der Asthenosphäre und der Lithosphäre angetrieben.

Plattenabsaugung

Lokale Konvektionsströmungen üben eine nach unten gerichtete Reibungskraft auf Platten in Subduktionszonen an Ozeangräben aus. Obwohl man tatsächlich argumentieren könnte, dass Slab-Sog tatsächlich nur eine einzigartige geodynamische Situation ist, bei der die basalen Traktionen weiterhin auf die Platte wirken, wenn sie in den Mantel eintaucht (wenn auch vielleicht in größerem Maße – sowohl auf der Unterseite als auch auf der Oberseite Seite der Platte).

Gravitation

Gravitationsgleiten

Die Plattenbewegung wird durch die höhere Erhebung der Platten an den Ozeanrücken angetrieben. Da ozeanische Lithosphäre an sich ausbreitenden Rücken aus heißem Mantelmaterial gebildet wird, kühlt sie allmählich ab und verdickt sich mit dem Alter (und damit der Entfernung vom Rücken). Kühle ozeanische Lithosphäre ist deutlich dichter als das heiße Mantelmaterial, aus dem sie stammt, und sinkt daher mit zunehmender Dicke allmählich in den Mantel ab, um die größere Belastung zu kompensieren. Das Ergebnis ist eine leichte seitliche Neigung mit Abstand zur Firstachse.

In der geophysikalischen Gemeinschaft und typischer in der geologischen Literatur in der unteren Bildung wird dieser Prozess beiläufig oft als 'Ridge-Push' bezeichnet. Dies ist in der Tat eine falsche Bezeichnung, da nichts 'drückt' und Spannungsmerkmale entlang der Grate dominieren. Es ist genauer, diesen Mechanismus als Gravitationsgleiten zu bezeichnen, da die variable Topographie über die Gesamtheit der Platte erheblich variieren kann und die Topographie der sich ausbreitenden Grate nur das hervorstechendste Merkmal ist. Zum Beispiel:

1. Biegewölbung der Lithosphäre, bevor sie beispielsweise unter eine benachbarte Platte taucht, erzeugt ein klares topografisches Merkmal, das den Einfluss topografischer Ozeanrücken ausgleichen oder zumindest beeinflussen kann.

2. Mantelwolken, die auf die Unterseite tektonischer Platten auftreffen, können die Topographie des Meeresbodens drastisch verändern.

Plattenzug

Die Plattenbewegung wird durch das Gewicht kalter, dichter Platten angetrieben, die an Gräben in den Mantel einsinken. Es gibt erhebliche Hinweise darauf, dass Konvektion in gewissem Umfang im Mantel auftritt. Das Aufsteigen von Material an mittelozeanischen Rücken ist mit ziemlicher Sicherheit Teil dieser Konvektion. Einige frühe Modelle der Plattentektonik stellten sich vor, dass die Platten wie Förderbänder auf Konvektionszellen reiten. Die meisten Wissenschaftler, die heute arbeiten, glauben jedoch, dass die Asthenosphäre nicht stark genug ist, um durch die Reibung solcher Grundkräfte direkt Bewegung zu verursachen. Es wird allgemein angenommen, dass der Plattenzug die größte Kraft ist, die auf die Platten wirkt. Neuere Modelle zeigen, dass auch die Grabenabsaugung eine wichtige Rolle spielt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass beispielsweise die Nordamerikanische Platte nirgendwo subduziert wird, sich jedoch in Bewegung befindet. Ebenso die afrikanische, eurasische und antarktische Platte. Die Gesamtantriebskraft für die Plattenbewegung und ihre Energiequelle bleiben Gegenstand laufender Forschung.

Äußere Kräfte

In einer Studie, die in der Januar-Februar-Ausgabe 2006 des Bulletin der Geological Society of America , argumentierte ein Team aus italienischen und US-amerikanischen Wissenschaftlern, dass die nach Westen gerichtete Komponente der Platten von der Erdrotation und der daraus resultierenden Gezeitenreibung des Mondes herrührt. Wenn sich die Erde unter dem Mond nach Osten dreht, sagt man, zieht die Schwerkraft des Mondes die Oberflächenschicht der Erde ganz leicht zurück nach Westen. Es wurde auch vermutet (wenn auch kontrovers), dass diese Beobachtung auch erklären könnte, warum Venus und Mars keine Plattentektonik haben, da die Venus keinen Mond hat und die Monde des Mars zu klein sind, um signifikante Gezeiteneffekte auf den Mars zu haben. Dies ist jedoch kein neues Argument.

Sie wurde ursprünglich vom 'Vater' der Hypothese der Plattentektonik, Alfred Wegener, aufgestellt. Es wurde vom Physiker Harold Jeffreys in Frage gestellt, der berechnete, dass das Ausmaß der erforderlichen Gezeitenreibung die Erdrotation vor langer Zeit schnell zum Stillstand gebracht hätte. Viele Platten bewegen sich nach Norden und Osten, und die vorherrschende Bewegung der pazifischen Ozeanbecken nach Westen kommt einfach von der Ostrichtung des pazifischen Ausbreitungszentrums (was keine vorhergesagte Manifestation solcher Mondkräfte ist). Es wird jedoch argumentiert, dass es in den Bewegungen aller Platten relativ zum unteren Mantel eine leichte Westkomponente gibt.

Relative Bedeutung jedes Mechanismus

Plattenbewegung basierend auf Satellitendaten des Global Positioning System (GPS) von NASA JPL. Vektoren zeigen Richtung und Größe der Bewegung.

Der tatsächliche Bewegungsvektor einer Platte muss notwendigerweise eine Funktion aller auf die Platte wirkenden Kräfte sein. Dabei bleibt jedoch das Problem, inwieweit jeder Prozess zur Bewegung der jeweiligen tektonischen Platte beiträgt.

Die Vielfalt der geodynamischen Einstellungen und Eigenschaften jeder Platte muss eindeutig zu Unterschieden im Ausmaß führen, in dem solche Prozesse die Platten aktiv antreiben. Ein Verfahren zur Behandlung dieses Problems besteht darin, die relative Geschwindigkeit zu berücksichtigen, mit der sich jede Platte bewegt, und die verfügbaren Beweise für jede Antriebskraft auf der Platte so weit wie möglich zu berücksichtigen.

Eine der signifikantesten gefundenen Korrelationen ist, dass sich lithosphärische Platten, die an nach unten gehenden (subduzierenden) Platten befestigt sind, viel schneller bewegen als Platten, die nicht an subduzierenden Platten befestigt sind. Die pazifische Platte zum Beispiel ist im Wesentlichen von Subduktionszonen (dem sogenannten Feuerring) umgeben und bewegt sich viel schneller als die Platten des Atlantikbeckens, die mit angrenzenden Kontinenten verbunden (man könnte vielleicht sagen „verschweißt“) anstatt Platten zu subduzieren. Es wird daher angenommen, dass Kräfte, die mit der nach unten gehenden Platte verbunden sind (Plattenzug und Plattensog), die Antriebskräfte sind, die die Bewegung der Platten bestimmen.

Die treibenden Kräfte der Plattenbewegung sind dennoch immer noch sehr aktive Themen der laufenden Diskussion und Forschung in der geophysikalischen Gemeinschaft.

Große Platten

Die Hauptplatten sind

• Afrikanische Platte, bedeckend Afrika - Kontinentalplatte
• Antarktische Platte, Bedeckung Antarktis - Kontinentalplatte
• Australische Platte, bedeckend Australien (verschmolzen mit der Indischen Platte vor 50 bis 55 Millionen Jahren) - Kontinentale Platte
• Eurasische Plattenbedeckung Asien und Europa - Kontinentalplatte
• Nordamerikanische Plattenbedeckung Nordamerika und Nordostsibirien - Kontinentalplatte
• Südamerikanische Plattenbedeckung Südamerika - Kontinentalplatte
• Pazifische Platte, die die bedeckt Pazifik See - Ozeanische Platte

Bemerkenswerte Nebenplatten sind die indische Platte, die arabische Platte, die karibische Platte, die Juan-de-Fuca-Platte, die Nazca-Platte, die philippinische Platte und die Scotia-Platte.

Die Bewegung der Platten hat im Laufe der Zeit zur Bildung und Auflösung von Kontinenten geführt, einschließlich der gelegentlichen Bildung eines Superkontinents, der die meisten oder alle Kontinente enthält. Es wird angenommen, dass der Superkontinent Rodinia vor etwa 1000 Millionen Jahren entstanden ist und die meisten oder alle Kontinente der Erde verkörpert hat und vor etwa 600 Millionen Jahren in acht Kontinente zerfallen ist. Die acht Kontinente fügten sich später wieder zu einem weiteren Superkontinent namens Pangaea zusammen; Pangaea zerfiel schließlich in Laurasia (das zu Nordamerika und Eurasien wurde) und Gondwana (das zu den verbleibenden Kontinenten wurde).

Verwandter Artikel

• Liste der tektonischen Platten

Kontinentalverschiebung

Kontinentalverschiebung war eine von vielen Ideen zur Tektonik, die im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert vorgeschlagen wurden. Die Theorie wurde durch ersetzt und die Konzepte und Daten wurden in die Plattentektonik integriert.

Bis 1915 brachte Alfred Wegener ernsthafte Argumente für die Idee der ersten Ausgabe von Der Ursprung der Kontinente und Ozeane. In diesem Buch stellte er fest, wie die Ostküste von Südamerika und die Westküste von Afrika sahen aus, als ob sie einmal befestigt waren. Wegener war nicht der erste, der dies bemerkte ( Franz Speck , Benjamin Franklin und Snider-Pellegrini ging ihm voraus), aber er war der erste, der einen bedeutenden Rang einnahm Fossil und paläotopografische und klimatologische Beweise, die diese einfache Beobachtung stützen (und wurden dabei von Forschern wie Alex du Toit unterstützt). Seine Ideen wurden jedoch von vielen Geologen nicht ernst genommen, die darauf hinwiesen, dass es keinen offensichtlichen Mechanismus für die Kontinentaldrift gab. Insbesondere sahen sie nicht, wie kontinentales Gestein durch das viel dichtere Gestein pflügen könnte, aus dem die ozeanische Kruste besteht. Wegener konnte die Kraft der Kontinentaldrift nicht erklären.

Wegeners Rechtfertigung kam erst nach seinem Tod im Jahr 1930. 1947 nutzte ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Maurice Ewing das Forschungsschiff der Woods Hole Oceanographic Institution Atlantis und eine Reihe von Instrumenten bestätigten die Existenz eines Anstiegs im zentralen Atlantik und stellten fest, dass der Boden des Meeresbodens unter der Sedimentschicht aus Basalt bestand und nicht aus Granit, wie es auf den Kontinenten üblich war. Sie fanden auch heraus, dass die ozeanische Kruste viel dünner war als die kontinentale Kruste. All diese neuen Erkenntnisse werfen wichtige und faszinierende Fragen auf.

Beginnend in den 1950er Jahren verwendeten Wissenschaftler, darunter Harry Hess, magnetische Instrumente (Magnetometer), die von während dieser Zeit entwickelten Flugzeuggeräten adaptiert wurden Zweiter Weltkrieg um U-Boote zu erkennen, begannen, seltsame magnetische Variationen über dem Meeresboden zu erkennen. Dieser Befund war zwar unerwartet, aber nicht völlig überraschend, da bekannt war, dass Basalt – das eisenreiche Vulkangestein, aus dem der Meeresboden besteht – ein stark magnetisches Mineral (Magnetit) enthält und Kompassanzeigen lokal verfälschen kann. Diese Verzerrung wurde von erkannt isländisch Seefahrer bereits im späten 18. Jahrhundert. Noch wichtiger, da das Vorhandensein von Magnetit dem Basalt messbare magnetische Eigenschaften verleiht, boten diese neu entdeckten magnetischen Variationen ein weiteres Mittel zur Untersuchung des Tiefseebodens. Beim Abkühlen neu gebildeten Gesteins zeichneten solche magnetischen Materialien das damalige Magnetfeld der Erde auf.

Als in den 1950er Jahren immer mehr Meeresböden kartiert wurden, stellten sich die magnetischen Schwankungen nicht als zufällige oder isolierte Ereignisse heraus, sondern zeigten erkennbare Muster. Als diese magnetischen Muster über eine weite Region kartiert wurden, zeigte der Meeresboden ein zebraähnliches Muster. Abwechselnde Streifen aus magnetisch unterschiedlichem Gestein wurden in Reihen auf beiden Seiten des mittelozeanischen Rückens ausgelegt: ein Streifen mit normaler Polarität und der angrenzende Streifen mit umgekehrter Polarität. Das Gesamtmuster, definiert durch diese abwechselnden Bänder aus normal und umgekehrt polarisiertem Gestein, wurde als Magnetstreifen bekannt.

Wenn die Gesteinsschichten der Spitzen verschiedener Kontinente sehr ähnlich sind, deutet dies darauf hin, dass diese Gesteine ​​​​auf die gleiche Weise geformt wurden, was bedeutet, dass sie ursprünglich verbunden waren. Zum Beispiel einige Teile von Schottland und Irland enthalten Gesteine, die denen in Neufundland und Neubraunschweig sehr ähnlich sind. Darüber hinaus sind die Caledonian Mountains in Europa und Teile der Appalachen in Nordamerika in Struktur und Lithologie sehr ähnlich.

Schwimmende Kontinente

Die vorherrschende Vorstellung war, dass es unter den Kontinenten statische Hüllen von Schichten gab. Es wurde früh beobachtet, dass, obwohl Granit auf Kontinenten existierte, der Meeresboden aus dichterem Basalt zu bestehen schien. Es war offensichtlich, dass eine Basaltschicht unter kontinentalen Gesteinen liegt.

Basierend auf Anomalien bei der Ablenkung der Lotlinie durch die Anden in Peru folgerte Pierre Bouguer jedoch, dass weniger dichte Berge eine nach unten gerichtete Projektion in die dichtere Schicht darunter haben müssen. Das Konzept, dass Berge 'Wurzeln' haben, wurde hundert Jahre später von George B. Airy bei der Untersuchung der Gravitation im Himalaya bestätigt, und seismische Studien entdeckten entsprechende Dichteschwankungen.

Bis Mitte der 1950er Jahre blieb die Frage ungelöst, ob Bergwurzeln im umgebenden Basalt geballt waren oder wie ein Eisberg trieben.

Plattentektonische Theorie

In den 1960er Jahren wurden bedeutende Fortschritte erzielt, die durch eine Reihe von Entdeckungen ausgelöst wurden, insbesondere am Mittelatlantischen Rücken. Am bemerkenswertesten war die Veröffentlichung eines Artikels des amerikanischen Geologen Harry Hess aus dem Jahr 1962 (Robert S. Dietz veröffentlichte die gleiche Idee ein Jahr zuvor in Natur . Priorität gebührt jedoch Heß, da er bereits 1960 ein unveröffentlichtes Manuskript seines Artikels von 1962 verbreitete). Hess schlug vor, statt Kontinente zu verschieben durch ozeanische Kruste (wie durch Kontinentaldrift nahegelegt wurde), dass sich ein Ozeanbecken und sein angrenzender Kontinent auf derselben Krusteneinheit oder Platte zusammenbewegten. Im selben Jahr beschrieb Robert R. Coats vom US Geological Survey die Hauptmerkmale der Subduktion von Inselbögen auf den Aleuten. Sein Papier, obwohl damals wenig beachtet (und sogar verspottet), wurde seitdem als 'bahnbrechend' und 'vorausschauend' bezeichnet. 1967 schlug W. Jason Morgan vor, dass die Erdoberfläche aus 12 starren Platten besteht, die sich relativ zueinander bewegen. Zwei Monate später, im Jahr 1968, veröffentlichte Xavier Le Pichon ein vollständiges Modell, das auf 6 Hauptplatten mit ihren relativen Bewegungen basiert.

Erklärung des Magnetstreifens

Magnetstreifen am Meeresboden.

Die Entdeckung von Magnetstreifen und die Symmetrie der Streifen um die Kämme der mittelozeanischen Rücken legten eine Beziehung nahe. Im Jahr 1961 begannen Wissenschaftler zu theoretisieren, dass mittelozeanische Rücken strukturschwache Zonen markieren, in denen der Meeresboden längs entlang des Rückenkamms in zwei Teile gerissen wurde. Neu Magma aus dem tiefen Inneren der Erde steigt leicht durch diese schwachen Zonen und bricht schließlich entlang der Kämme der Rücken aus, um neue ozeanische Kruste zu bilden. Dieser Prozess, der später Meeresbodenspreizung genannt wird und über viele Millionen Jahre hinweg abläuft, bildet weiterhin neuen Meeresboden über das 50.000 km lange System mittelozeanischer Rücken. Diese Hypothese wurde durch mehrere Beweislinien gestützt:

1. Auf oder nahe dem Kamm des Kamms sind die Felsen sehr jung und werden vom Kamm weg zunehmend älter.
2. die jüngsten Felsen am Kamm haben immer die heutige (normale) Polarität;
3. Gesteinsstreifen parallel zum Kammkamm wechselten in der magnetischen Polarität (normal-umgekehrt-normal usw.), was darauf hindeutet, dass das Magnetfeld der Erde viele Male umgedreht wurde.

Durch die Erklärung sowohl der zebraartigen Magnetstreifen als auch der Konstruktion des mittelozeanischen Rückensystems gewann die Hypothese der Ausbreitung des Meeresbodens schnell Anhänger und stellte einen weiteren großen Fortschritt in der Entwicklung der Theorie der Plattentektonik dar. Darüber hinaus wurde die ozeanische Kruste nun als natürliches 'Tonband' der Geschichte der Umkehrungen des Erdmagnetfelds geschätzt.

Subduktion entdeckt

Eine tiefgreifende Folge der Ausbreitung des Meeresbodens ist, dass entlang der ozeanischen Rücken kontinuierlich neue Kruste gebildet wurde und wird. Diese Idee fand großen Anklang bei einigen Wissenschaftlern, die behaupteten, dass die Verschiebung der Kontinente einfach durch eine starke Vergrößerung der Erde seit ihrer Entstehung erklärt werden kann. Diese Hypothese der so genannten „Expanded Earth Theory“ war jedoch unbefriedigend, da ihre Befürworter keinen überzeugenden geologischen Mechanismus anbieten konnten, um eine so gewaltige, plötzliche Expansion hervorzurufen. Die meisten Geologen glauben, dass sich die Größe der Erde seit ihrer Entstehung vor 4,6 Milliarden Jahren kaum oder gar nicht verändert hat, was eine Schlüsselfrage aufwirft: Wie kann entlang der ozeanischen Rücken kontinuierlich neue Kruste hinzugefügt werden, ohne die Größe der Erde zu vergrößern?

Diese Frage beschäftigte besonders Harry Hess, a Princeton Universität Geologe und Naval Reserve Konteradmiral, und Robert S. Dietz, ein Wissenschaftler der U.S. Coast and Geodetic Survey, der den Begriff erstmals prägte Ausbreitung des Meeresbodens . Dietz und Hess gehörten zu der kleinen Handvoll, die die weitreichenden Auswirkungen der Ausbreitung des Meeresbodens wirklich verstanden. Wenn sich die Erdkruste entlang der ozeanischen Rücken ausdehnt, argumentierte Hess, muss sie anderswo schrumpfen. Er schlug vor, dass sich neue ozeanische Kruste in einer förderbandartigen Bewegung kontinuierlich von den Rücken weg ausbreitet. Viele Millionen Jahre später senkt sich die ozeanische Kruste schließlich in die ozeanischen Gräben – sehr tiefe, enge Schluchten am Rand des Pazifischen Ozeanbeckens. Laut Hess dehnt sich der Atlantik aus, während der Pazifische Ozean schrumpft. Als alte ozeanische Kruste in den Gräben verbraucht wurde, stieg neues Magma auf und brach entlang der sich ausbreitenden Grate aus, um neue Kruste zu bilden. Tatsächlich wurden die Ozeanbecken ständig „recycelt“, wobei die Bildung neuer Kruste und die Zerstörung alter ozeanischer Lithosphäre gleichzeitig stattfanden. Hess' Ideen erklärten also genau, warum die Erde nicht größer wird, wenn sich der Meeresboden ausbreitet, warum sich auf dem Meeresboden so wenig Sedimente ansammeln und warum ozeanische Gesteine ​​viel jünger sind als kontinentale Gesteine.

Kartierung mit Erdbeben

Während des 20. Jahrhunderts konnten Wissenschaftler dies durch Verbesserungen und eine stärkere Nutzung seismischer Instrumente wie Seismographen lernen Erdbeben neigen dazu, sich auf bestimmte Gebiete zu konzentrieren, vor allem entlang der ozeanischen Gräben und sich ausbreitenden Rücken. In den späten 1920er Jahren begannen Seismologen, mehrere markante Erdbebenzonen parallel zu den Gräben zu identifizieren, die typischerweise um 40 bis 60 ° von der Horizontalen geneigt waren und sich mehrere hundert Kilometer in die Erde erstreckten. Diese Zonen wurden später als Wadati-Benioff-Zonen oder einfach als Benioff-Zonen bekannt, zu Ehren der Seismologen, die sie zuerst erkannten, Kiyoo Wadati von Japan und Hugo Benioff von der Vereinigte Staaten . Die Untersuchung der globalen Seismizität machte in den 1960er Jahren mit der Einrichtung des Worldwide Standardized Seismograph Network (WWSSN) große Fortschritte, um die Einhaltung des Vertrags von 1963 zu überwachen, der oberirdische Tests von Atomwaffen verbietet. Die stark verbesserten Daten der WWSSN-Instrumente ermöglichten es Seismologen, die Zonen der Erdbebenkonzentration weltweit genau zu kartieren.

Geologischer Paradigmenwechsel

Die Annahme der Theorien der Kontinentalverschiebung und der Ausbreitung des Meeresbodens (die beiden Schlüsselelemente der Plattentektonik) kann mit der kopernikanischen Revolution in verglichen werden Astronomie (sehen Nikolaus Kopernikus ). Innerhalb weniger Jahre wurden insbesondere die Geophysik und die Geologie revolutioniert. Die Parallele ist verblüffend: So wie die vorkopernikanische Astronomie sehr beschreibend war, aber immer noch keine Erklärungen für die Bewegungen von Himmelsobjekten liefern konnte, beschrieben die geologischen Theorien der prätektonischen Platte das, was beobachtet wurde, kämpften jedoch darum, grundlegende Mechanismen bereitzustellen. Das Problem lag in der Frage 'Wie?'. Vor der Akzeptanz der Plattentektonik war insbesondere die Geologie in einer „vorkopernikanischen“ Kiste gefangen.

Im Vergleich zur Astronomie kam die geologische Revolution jedoch viel plötzlicher. Was jahrzehntelang von jeder seriösen wissenschaftlichen Zeitschrift abgelehnt worden war, wurde in den 1960er und 1970er Jahren innerhalb weniger Jahre eifrig akzeptiert. Jede geologische Beschreibung davor war sehr beschreibend gewesen. Alle Felsen wurden beschrieben und es wurden verschiedene Gründe, manchmal in quälenden Details, dafür angegeben, warum sie dort waren, wo sie sind. Die Beschreibungen sind weiterhin gültig. Die Gründe klingen jedoch heute sehr nach vorkopernikanischer Astronomie.

Man muss einfach die Vorplattenbeschreibungen lesen, warum die Alpen bzw Himalaja existieren, um den Unterschied zu sehen. In dem Versuch, 'Wie'-Fragen zu beantworten, wie 'Wie können in den Dolomiten Tausende von Metern über dem Meeresspiegel Felsen existieren, die eindeutig marinen Ursprungs sind?' oder 'Wie haben sich die konvexen und konkaven Ränder der Alpenkette gebildet?' , wurde jede wahre Einsicht durch Komplexität verborgen, die sich auf Fachjargon reduzierte, ohne viel grundlegende Einsicht in die zugrunde liegende Mechanik.

Mit der Plattentektonik ergaben sich schnell Antworten oder ein Weg zur Antwort wurde klar. Kollisionen konvergierender Platten hatten die Kraft, den Meeresboden in große Höhen zu heben. Die Ursache für Meeresgräben, die seltsamerweise direkt vor Inselbögen oder Kontinenten und den damit verbundenen Vulkanen platziert waren, wurde klar, als die Prozesse der Subduktion an konvergierenden Platten verstanden wurden.

Mysterien waren keine Mysterien mehr. Wälder aus komplexen und stumpfsinnigen Antworten wurden weggefegt. Warum gab es bemerkenswerte Parallelen in der Geologie von Teilen Afrikas und Südamerikas? Warum sahen Afrika und Südamerika seltsamerweise wie zwei Teile aus, die zu jedem passen sollten, der ein Puzzle gemacht hat? Sehen Sie sich einige prätektonische Erklärungen für Komplexität an. Der Einfachheit halber und einer, die viel mehr erklärte, schauen Sie sich die Plattentektonik an. Ein großer Riss, ähnlich dem Großes Rift Valley im Nordosten Afrika , hatte einen einzigen Kontinent gespalten und schließlich den Atlantischen Ozean gebildet, und die Streitkräfte waren immer noch im Mittelatlantischen Rücken am Werk.

Wir haben einen Teil der alten Terminologie übernommen, aber das zugrunde liegende Konzept ist so radikal und einfach wie „Die Erde bewegt sich“ in der Astronomie.

Biogeographische Auswirkungen auf Fauna und Flora

Die Inhaltsdrift-Theorie hilft Biogeographen, die disjunkte biogeographische Verteilung heutiger Pflanzen und Tiere zu erklären, die auf verschiedenen Kontinenten vorkommen, aber ähnliche Vorfahren haben (Moss und Wilson 1998).

Plattentektonik auf anderen Planeten

• Mars

Als Ergebnis von 1999 Beobachtungen der Magnetfelder auf dem Mars durch die Mars Global Surveyor Raumfahrzeug wurde vermutet, dass die Mechanismen der Plattentektonik einst auf dem Planeten aktiv gewesen sein könnten - siehe Geologie des Mars.

• Venus

Venus zeigt keine Anzeichen einer aktiven Plattentektonik. Es gibt fragwürdige Beweise für eine aktive Tektonik in der fernen Vergangenheit des Planeten; Allerdings haben seitdem Ereignisse (wie die plausible und allgemein akzeptierte Hypothese, dass sich die venusianische Lithosphäre im Laufe von mehreren hundert Millionen Jahren stark verdichtet hat) es schwierig gemacht, den Verlauf ihrer geologischen Aufzeichnungen einzuschränken. Die zahlreichen gut erhaltenen Einschlagskrater wurden jedoch als Datierungsmethode verwendet, um die venusianische Oberfläche ungefähr zu datieren (da es bisher noch keine bekannten Proben von venusianischem Gestein gibt, die mit zuverlässigeren Methoden datiert werden können). Die abgeleiteten Daten liegen überwiegend im Bereich von ~500 Mya - 750Mya, obwohl Alter von bis zu ~1,2 Gya berechnet wurden. Diese Forschung hat zu der ziemlich gut akzeptierten Hypothese geführt, dass die Venus in ihrer fernen Vergangenheit mindestens einmal eine im Wesentlichen vollständige vulkanische Oberflächenerneuerung durchlaufen hat, wobei das letzte Ereignis ungefähr im Bereich des geschätzten Oberflächenalters stattfand. Während der Mechanismus eines solchen beeinflussbaren thermischen Ereignisses in den Geowissenschaften der Venus nach wie vor ein umstrittenes Thema ist, sind einige Wissenschaftler Befürworter von Prozessen, die bis zu einem gewissen Grad Plattenbewegungen beinhalten.

• Galileische Satelliten

Einige der Satelliten des Jupiters weisen Merkmale auf, die mit plattentektonischen Verformungen zusammenhängen können, obwohl sich die Materialien und spezifischen Mechanismen von der plattentektonischen Aktivität auf der Erde unterscheiden können.

Metaphorische Verwendungen

Manchmal wird die Idee sich bewegender tektonischer Platten metaphorisch verwendet, z. 'eine tektonische Verschiebung' in einer BBC-Fernsehnachrichtensendung, die die politischen Auswirkungen beschreibt Ariel Scharon Krankheit am 4. Januar 2005.

In den späten 1980er Jahren schuf der Québecer Theaterregisseur Robert Lepage eine große internationale Produktion namens Tectonic Plates, die dieses Bild verwendete, um die Risse zwischen Europa und Amerika und das Abdriften verschiedener Schicksale relativ zueinander zu veranschaulichen.