VON ALFRED WEGENERS KONTINENTALDRIFT ZUR PLATTENTEKTONIK

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1 1 VON ALFRED WEGENERS KONTINENTALDRIFT ZUR PLATTENTEKTONIK von Sissy Hundsbichler Eine neue wissenschaftliche Wahrheit pflegt sich nicht in der Weise durchzusetzen, daß ihre Gegner überzeugt werden und sich als belehrt erklären, sondern vielmehr dadurch, daß ihre Gegner allmählich aussterben und daß die heranwachsende Generation von vornherein mit der Wahrheit vertraut gemacht ist. Max Planck, 1945

2 1 2 INHALTSANGABE Schalenbau der Erde Seite 2 Wegener und die Kontinentaldrift Seite 3 Pangäa Seite 5 Die Beweise liegen im Meer Seite 6 Der Aufbau der Lithosphäre und Asthenosphäre Seite 7 Vorgänge an den Plattengrenzen Seite 8 Plattenmosaik der Erde Seite 12 Plattenkollision und Orogenese Seite 14 Hot spots Seite 14 Mantle plumes Seite 15 Konvektionswalzen Seite 15 Schalenbau der Erde Die Erde hat einen Durchmesser von rund km. Über den inneren Aufbau der Erde ist bis heute nur wenig bekannt. Viele Erkenntnisse wurden durch die

3 3 Erdbebenforschung gewonnen. Erdbeben verursachen Schwingungen, die mit einer bestimmten Geschwindigkeit um die Erde laufen und durch Seismographen registriert werden. Etwa km unter den Kontinenten und 5-10 km unter den Meeresböden erhöht sich die Geschwindigkeit der Erdbebenwellen plötzlich von 6 km auf 8 km pro Sekunde. Die Grenzfläche wird als Mohorovicic - Diskontinuität bezeichnet und markiert die Grenze zwischen der festen Erdkruste und dem darunterliegenden Erdmantel. Offenbar besteht dieser aus Silikaten; nach der Fortpflanzungs-geschwindigkeit der ihn durchwandernden Erdbebenwellen zu schließen, müssen jedoch diese Silikate andere physikalische Eigenschaften besitzen als jene, die wir von unserer Erdkrustenoberfläche her kennen. Vieles deutet daraufhin, daß es sich bei ihnen um Minerale aus der Olivin-Gruppe handelt, die vergleichsweise viel Magnesium und Eisen bei wenig Aluminium enthalten. Die Wellengeschwindigkeit erhöht sich dann bis in eine Tiefe von km auf 13 km pro Sekunde und sinkt dann plötzlich wieder auf 8 km pro Sekunde ab. Diese Geschwindigkeitsänderung markiert den Wechsel vom Erdmantel zum äußeren Erdkern. Heute differenzieren Geologen zwischen einem äußeren, flüssigen Eisen-Nickel- Kern, wobei die dort vorhandenen elektrothermischen Strömungen das Magnetfeld der Erde verursachen, und ab ca km einem inneren Kern. Man glaubt, daß er sich in einem festen Zustand befindet. Mit der Tiefe nehmen auch Temperatur und Druck zu. Während das Gestein an der Oberfläche die Durchschnittstemperatur der Umgebung annimmt, steigt die Temperatur um etwa 30 Grad Celsius pro m Tiefe. In vulkanisch aktiven Gebieten liegt dieser geothermische Gradient bei Grad Celsius pro m. Im Erdkern liegt die Temperatur wie an der Sonnenoberfläche bei rund Grad Celsius, der Druck beträgt zirka eine Million Atmosphären. Obwohl die Erde nach ihrer Entstehung ein glühender Körper war, hat sie bis heute die Wärme fast völlig abgestrahlt. Wärme wird allerdings in der Tiefe durch den Zerfall radioaktiver Elemente in großer Menge nachgeliefert. Schalenbau: Lithosphäre Oberer Mantel (Astenosphäre) Unterer Mantel Äußerer Kern Innerer Kern bis 100 km km km km km km Wegener und die Kontinentaldrift Wesentlich Grundzüge der heutigen Plattentektonik waren schon von Alfred Wegener im Jahre 1912 bzw erkannt worden. Alfred L. Wegener, geb in Berlin, gest in Grönland Der studierte Mathematiker und Naturwissenschaftler widmete sich in jungen Jahren der meteorologischen Erforschung der Atmosphäre mit Hilfe von

4 4 Drachen- und Ballonaufstiegen stellte er mit seinem Bruder Kurt sogar einen Weltrekord im Ballondauerflug auf. Bald machte Wegener durch zahlreiche Veröffentlichungen von sich reden. Er arbeitete über Thermodynamik und Wolkenphysik und entwickelte die aufsehenerregende Theorie von der Verschiebung der Kontinente. Er brach zu mehreren Grönlandexpeditionen auf, um die meteorologischen Bedingungen des Inlandeises zu erforschen. Ab 1924 hatte er an der Grazer Universität die Lehrkanzel für Geophysik und Meteorologie inne. Dort feilte er auch an seiner Kontinentalverschiebungstheorie (die sich erst nach seinem Tod durchsetzen sollte) und bereitete eine weitere Reise ins Eis vor. Wenige Tage nach seinem 50. Geburtstag starb Wegener, wahrscheinlich an Überanstrengung, im Grönlandeis stellte Wegener die These auf, die Kontinente hätten ursprünglich eine einzige, zusammenhängende Granitmasse gebildet, einen Superkontinent, den Wegener Pangäa (Allerde) nannte. Kontinente, aus relativ leichtem Gestein, schwimmen in relativ schwererem, ozeanischen Material wie Eisberge im Wasser. Irgendwann im Laufe der geologischen Erdgeschichte sei diese Tafel auseinander-gebrochen, und die einzelnen Kontinente hätten sich von einander gelöst. Außerdem sei nur der Pazifische Ozean ein Ur-Ozean, alle anderen tiefen Meere entstanden erst durch das Auseinanderdriften der Kontinentfragmente. Er behauptete, dieser Prozess sei immer noch im Gange - Grönland beispielsweise entferne sich mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Jahr von Europa. Auf diesen Gedanken gekommen war Wegener (wie andere vor ihm, als erster vielleicht Francis Bacon um das Jahr 1620) vor allem deswegen, weil der östliche Rand Südamerikas und der westliche Rand Afrikas ineinanderzupassen scheinen wie zwei Scherben eines zerbrochenen Kruges. Wegener stieß mit seiner Theorie auf barsche Ablehnung ( Fieberphantasien des von Krustendrehkrankheit und Polschubseuche schwer Befallenen - F. Kerner- Marilaun, angesehener österr. Paläoklimatologe, 1918) und dabei blieb es ein halbes Jahrhundert lang. Es ist wichtig, an dieser Stelle die wesentlichen Gründe für den Widerwillen der Geologen gegen die Thesen Wegeners zu benennen. Leute, die sich als wissenschaftliche Außenseiter betätigen, verteidigen ihre möglicherweise dubiosen Theorien oft mit dem Hinweis darauf, daß die Schulwissenschaftler zum Dogmatismus neigten und neuen Ansätzen gegenüber nicht aufgeschlossen seien. Als Beispiel verweisen sie oft auf Wegener und seine Theorie von der Kontinentaldrift - und gerade in diesem Punkt liegen sie falsch. Die Geologen hatten nämlich gar nichts gegen die Vorstellung von einem Urkontinent Pangäa, der dann in einzelne Teile auseinanderbrach. Ihr Einspruch richtete sich vielmehr gegen den von Wegener unterstellten Mechanismus der Kontinentaldrift, d. h. gegen die Vorstellung, daß riesige Granitschollen durch einen Basalt- Ozean getrieben seien (und noch heute treiben sollen). Das plausibelste Argument gegen Wegener lautete, daß die Basaltschicht, die die Unterlage sowohl für die Ozeanbecken als auch für die Festlandmassen bildet, einfach zu hart und starr ist, als daß sich die granitischen Kontinente auf ihr vorwärtsschieben könnten - und sei es auch noch so langsam. Für die durch geographische und biologische Indizien wahrscheinlich gemachte

5 5 Verlagerung der Kontinente muß somit ein anderer Mechanismus verantwortlich sein - ein Mechanismus, der physikalisch nachvollziehbar ist und für den es empirische Belege gibt. Denn daß es in der Tat vor langer Zeit keinen Atlantischen Ozean gab und daß die heute getrennten Erdteile einst eine einzige zusammenhängende Landmasse bildeten, dafür kam mit der Zeit eine immer eindrucksvollere Menge an Beobachtungsdaten zusammen. Wenn man die Umrisse der Kontinente aneinanderlegt, und zwar nicht ihre Küstenlinien (die Zufallsprodukt des heutigen Wasserstandes der Meere sind), sondern die Festlandsockel als Ganzes, d.h. einschließlich des den Kontinenten vorgelagerten Schelfs, so passen alle Teile des Puzzles nahtlos zusammen. Sowohl im Bereich des nördlichen wie im Bereich des südlichen Atlantik. Dazu kommt, daß sich in Teilen des westlichen Afrika Gesteinsformationen finden, zu denen es in Teilen des östlichen Südamerika identische Entsprechungen gibt. Darüber hinaus lassen sich frühere Verlagerungen der Magnetpole der Erde wesentlich einfacher erklären, wenn man annimmt, daß nicht die Pole, sondern die Kontinente sich verlagert haben. Der Uramazonas hatte seinen Ursprung in der Sahara und floß von Ost nach West in den Pazifik. Durch die Kontinentalverschiebung (Entstehung des Atlantik und der Anden) kehrte der Flusslauf sich nach Osten um. Der Amazonas mündet heute in den Atlantik. Bestimmte Meeresfische überlebten die Anpassung an das Süßwasser im Westen des Tieflandes. Noch beweiskräftiger waren die Anhaltspunkte im paläontologischen Bereich. So wurde beispielsweise 1968 in der Antarktis ein versteinerter Knochen von einer ausge-storbenen Amphibienart gefunden. Daß ein solches Tier nahe am Südpol gelebt haben könnte, ist undenkbar. Der antarktische Kontinent muß also einst weiter vom Pol entfernt gewesen sein oder zumindest ein wärmeres Klima gehabt haben. Das Amphibium wäre nicht in der Lage gewesen, einen auch noch so schmalen Meerwasserstreifen zwischen zwei Landmassen zu überwinden; die Antarktis muß daher mit einer größeren, bis in wärmere Regionen hineinreichenden Landmasse verbunden gewesen sein. Weitere Klimazeugen, wie etwa fossile Moränen im heutigen heißen Indien und versteinerte Mammutbäume im vergletscherten Spitzbergen, beweisen somit, daß die Verschiebung der Kontinente diese ja in vielen Fällen gleichzeitig in ein anderes Klimagebiet gebracht hat.

6 Pangäa 6 Die Geologen sind heute in der Lage, den Ablauf der bislang letzten Aufspaltung von Pangäa zu rekonstruieren, wenngleich vorerst nur in grober Annäherung. So hat Pangäa tatsächlich einmal existiert, und zwar als zusammenhängendes Gebilde bis vor etwa 225 Millionen Jahren (Perm - Paläozoikum - Erdaltertum), als die Blütezeit der Dinosaurier einsetzte. Die zwei Weltmeere nannte Wegener Panthalassa und Tethysmeer. Nach der Evolution und Verteilung von Pflanzen- und Tierarten zu schließen, muß der Zerfall sich vor rund 200 Millionen Jahren (Trias im Mesozoikum = Erdmittelalter) vollzogen haben. Pangäa brach damals in drei Teile auseinander. Laurasia: Der nördliche Teil, der die heutigen Kontinente Nordamerika, Europa und Asien umfasste. Laurasia deshalb, da die geologisch ältesten Oberflächengesteine Nordamerikas diejenigen der Laurentiden-Berge sind. Gondwana: Der nach einer indischen Provinz benannte südliche Teil, bestehend aus Südamerika, Afrika und Indien. Der dritte Teil umfasste die Antarktis und Australien. Vor etwa 65 Millionen Jahren (Kreidezeit im Mesozoikum) lösten sich von Gondwana zwei Bruchstücke ab: ein großes im Westen, das heutige Südamerika, und ein kleineres im Osten, das heutige Indien, das in Richtung der asiatischen Südküste driftete. Schließlich trennte sich Nordamerika von Europa, Indien wanderte 8800 km nordwärts, rammte die südasiatische Küste und gab damit den Anstoß zur Entstehung des Himalaja, des Pamir und der tibetanischen

7 7 Hochebene, die zusammen die jüngste, größte und eindruckvollste Hochgebirgslandschaft der Erde bilden. Beide Teile Laurasias wurden nach ihrer Trennung nach Norden abgedrängt, so daß sie schließlich die Nordpolarregion zwischen sich einschlossen. Australien und die Antarktis trennten sich möglicherweise erst vor 40 Millionen Jahren. Die Antarktis wanderte südwärts ihrem eisigen Geschick entgegen. Australien bewegt sich noch heute nordwärts. So stellte sich schließlich die uns heute (Kenozoikum) vertraute Konstellation der Erd-teile ein. Die Beweise liegen im Meer Bei Forschungen im Atlantischen Ozean in den 20er und 30er Jahren wurde erstmals ein Echolot eingesetzt. (Echolot ist ein Gerät, bei dem aus dem gemessenen Zeitabstand zwischen der Aussendung eines kurzen Signals und dem Eintreffen des Echos die Strecke berechnet wird, die das Signal in dieser Zeit zurückgelegt hat; also die Strecke zum Meeresboden und zurück). Bald wurde klar, daß der Meeresboden keineswegs, wie früher angenommen, flach und konturlos, sondern eine regelrechte Gebirgskette war, länger und zerklüfteter als irgendein Gebirge außerhalb des Meeres. Diese Gebirge ziehen sich der Längsachse des Atlantiks entlang; seine höchsten Gipfel durchstoßen die Wasseroberfläche und treten als Inseln in Erscheinung. Im Nordatlantik sind das z. B. die Azoren und Island, im Südatlantik Tristan da Cunha. Man nennt diese Gebirgskette den Mittelatlantischen Rücken. Seither sind weitere aufregende Entdeckungen hinzugekommen. Die Insel Hawaii ist nichts anderes als die Spitze eines m hohen, untermeerischen Vulkans. Man könnte daher mit gewissem Recht behaupten, daß Hawaii der höchste Berg der Erde ist. Der Mittelatlantische Rücken barg nach wie vor neue Überraschungen. Echolot-messungen ergaben, daß er weit über den Atlantik hinausreicht. An dessen Südende läuft er als Atlantisch- Indischer Rücken in einem Bogen um das südliche Afrika herum. Auf halbem Weg dorthin verzweigt er sich, so daß er eine zweite Fortsetzung im Zentralindischen Rücken findet. Dieser setzt sich nach Süden als Indisch-Antarktischer Rücken an Australien und Neuseeland vorbei fort und durchzieht dann in einem riesigen Bogen nordwärts als Ostpazifikrücken den Pazifik. Dieser unterseeische Gebirgszug, der alle drei großen Weltmeere unterteilt, unterscheidet sich in einer sehr grundlegenden Beziehung von den Gebirgen an Land: diese bestehen meist aus aufgefalteten Gesteinen unterschiedlichster Herkunft; die riesigen, untermeerischen Rücken hingegen ausschließlich aus Basalt. Nach dem zweiten Weltkrieg widmeten sich die Geologen Ewing und Heezen mit neuer Energie dem Studium des Meeresbodens. Präzise Echolotmessungen ergaben, daß die Mittelozeanischen Rücken selbst der Länge nach durch eine tiefe, schluchtartige Spalte geteilt sind. An einigen Stellen kommt dieser Zentralgraben, wie die Spalte auch heißt, dem Festland ziemlich nahe. Er

8 8 durchläuft der Länge nach das Rote Meer zwischen Afrika und der Arabischen Halbinsel und zieht sich, die nordamerikanische Pazifikküste fast berührend, durch den Golf von Kalifornien und längs der kalifornischen Küste nach Norden. Zunächst hatte es den Anschein, als könne es sich um einen durchgehenden Zentralgraben handeln, einen km langen Riss in der Erdkruste. Bei näherer Untersuchung stellte sich aber heraus, daß er in zahlreiche kurze, jeweils geradlinig verlaufende Abschnitte zerstückelt ist, deren Enden gegeneinander versetzt sind, so als sei er im Laufe der Erdgeschichte durch vielfältige Zerscherungsprozesse der Erdkruste entstanden. Bezeichnenderweise säumen den Weg des Zentralgrabens die aktivsten Erdbeben- und Vulkangebiete unserer Erde, allerdings von geringer Intensität. Bei Wegener spielte die Mittelatlantische Schwelle keine besondere Rolle. Sie war für ihn einfach die einstige, jetzt ruinenhafte und tektonisch tote Abrißstelle der Festländer, ein Abfallprodukt. Der Aufbau der Lithosphäre und Asthenosphäre Alfred Wegener hatte zwischen den sich bewegenden Kontinenten einerseits und der ozeanischen Erdkruste andererseits unterschieden. Über den Aufbau beider Erdkrusten-Typen war zu seiner Zeit sehr wenig bekannt, noch weniger über die darunterliegenden Teile des Erdmantels. Die Grundeinheiten der Plattentektonik unterscheiden sich von den driftenden Kontinenten Wegeners grundsätzlich in zwei Eigenschaften: * Die starren Lithosphären-Platten umfassen nicht nur die Erdkruste, sondern auch den oberen Mantel bis in Tiefen von etwa 100 bis 200 km. * Die Einheiten der Plattentektonik umfassen nur in seltenen Ausnahmefällen ausschließlich kontinentale Kruste, meistens setzen sie sich aus Kontinenten und Ozeanteilen zusammen, manchmal bestehen sie nur aus ozeanischem Untergrund. Von der Erdkruste weiß man seit langem, daß sie unter den Kontinenten ganz anders aufgebaut ist als unter den Ozeanen. Die Erdkruste besteht aus zwei Schalen: Kontinentale Kruste oder Granitschale (SIAL: Silizium und Aluminium) Granit ist kein vulkanisches Gestein und spezifisch leichter als Basalt. Die kontinentale Kruste ist nicht erdumspannend und baut die Kontinente auf. Sie ist in der Regel km dick und grenzt in dieser Tiefe an einer durch die Beobachtung von Erdbeben-wellen und von künstlichen Sprengungen im allgemeinen gut erkennbare Grenze, der Mohorovicic-Diskontinuität, kurz Moho genannt, an den oberen Erdmantel. (Die Erdbebenwellen pflanzen sich an dieser Grenze schlagartig mit erhöhter Geschwindig-keit fort). Über die Natur der Moho ist noch nichts endgültiges bekannt; wahrscheinlich handelt es sich um eine Übergangszone zwischen Mineralphasen, die chemisch

9 in etwa basaltische Zusammensetzung hat. 9 Ozeanische Kruste oder Basaltschale (SIMA: Silizium und Magnesium) Basalt: vulkanisches Gestein, relativ schwer. Die ozeanische Kruste ist erdumspannend und an manchen Stellen nur 5-10 km mächtig. Sie beginnt in den großen Ozeanen erst rund 4000 m unter dem Meeresspiegel. Dort, wo die Basaltschale unter den Meeresböden verläuft, fehlt ihre Granitauflage. Dafür ist sie mit einer höchstens einige Kilometer dicken Schicht aus Sediment- oder Ablagerungsgesteinen bedeckt, darunter befindet sich eine Abfolge von Vulkaniten und Plutoniten. Ungefähr 10 km unter dem Meeresboden folgt eine Moho-Diskontinuität, ähnlich wie die unter der kontinentalen Kruste, und ein Erdmantel, der sich nur in Nuancen vom Mantel unter der kontinentalen Kruste unterscheidet. Die starre äußere Hülle der Erde umfaßt nicht nur die Kruste, sondern auch den oberen Erdmantel bis zu einer Tiefe von 100 km. Sie wird mit dem Begriff Lithosphäre zusammengefaßt. Unterhalb 100 km sind die Temperaturen so hoch, daß bis zu 10% des Gesteins geschmolzen sind und dadurch die ganze Schicht zähplastisch wird. Diese Asthenosphäre (Schwächezone) wirkt wie eine Gleitschicht für die auflagernde Lithosphäre. Sie befindet sich unter der Krustengrenze, also unter der Moho. (Sie liegt unter den Ozeanen etwa 100 km unter der Erdoberfläche, unter den Kontinenten etwa 200 km.) Sie zeichnet sich auch dadurch aus, daß die Geschwindigkeit der seismischen Longitudinalwellen in ihr um einiges geringer ist als sonst im oberen Mantel üblich. Vorgänge an den Plattengrenzen

10 Die Plattentektonik zerlegt also die Erdoberfläche in Lithosphärenplatten, die unter den Ozeanen etwa 100 km, unter den Kontinenten etwa 200 km dick sind. Die Lithos-phärenplatten sind voneinander durch drei Typen von Grenzen getrennt. Sie sind nicht nur räumlich definierbare Grenzen, an ihnen spielen sich vielmehr auch alle wesentlichen Vorgänge der Dynamik der Erde ab. Man unterscheidet: Konstruktive Plattengrenzen: Grenzen, an denen neue ozeanische Erdkruste entsteht. Es sind die Mittellinien der ozeanischen Rücken, an denen Sea-floor spreading stattfindet. Destruktive Plattengrenzen: Hier taucht ozeanische Lithosphäre, in seltenen Fällen auch kontinentales Material unter eine andere Lithosphärenplatte ab. Dieser Vorgang ist im allgemeinen mit Gebirgsbildung im weitesten Sinne verbunden. Solche Grenzen werden Subduktions-zonen genannt. 10 Transform - Verwerfungen (Transform faults) Horizontalverschiebungszonen: Das sind Horizontalbewegungen ozeanischer, in gewissen Fällen auch kontinentaler Lithosphäre, an denen neue Erdkruste weder gebildet noch vernichtet wird. An diesen Flächen gehen stetig Verschiebungen vor sich, solange ein ozeanischer Rücken als Sea-floor spreading-zentrum aktiv ist. Man darf sich diese Bewegung allerdings nicht so vorstellen, als ob ein zunächst gerade verlaufender Rücken nachträglich wie von Blattverschiebungen versetzt würde. Vielmehr geht das Aufreißen einer mittelozeanischen Spalte von vornherein mannigfach versetzt vor sich. Die Transformverwerfungen entstehen als Ausgleichsbewegungen wegen der kugelschal-förmigen Oberfläche der Lithosphärenplatten Folge: häufiges Auftreten von Erdbeben (1906, San Francisco).

11 11 St. Andreas - Graben Der St. Andreas-Graben in Kalifornien bildet eine Grenze zwischen der Amerikanischen und der Pazifischen Platte. Die Amerikanische Platte bewegt sich nach Süden, die Pazifische Platte nach Norden. Auf der Amerikanischen

12 12 Platte liegt San Francisco, auf der Pazifischen Los Angeles. Wenn die Bewegung der Platten mit der gleichen Geschwindigkeit wie jetzt andauert, dann werden die beiden Städte, die sich momentan in ca. 600 km Entfernung von einander befinden, in ein paar tausend Jahren bei-einanderliegen. Die Bewegungsenergie wird gestaucht. Deshalb kommt es in dieser Gegend öfter zu Vulkanausbrüchen und Erdbeben kam es zu einer plötzlichen Seitversetzung der nach Norden wandernden Pazifischen Platte um 6 Meter! Sea-floor spreading (Dehnungszonen, Divergenzzonen) 1960 wagten die Geologen Hess und Dietz auf der Basis der neuen Erkenntnisse die Hypothese, daß möglicherweise geschmolzene Materie aus dem Erdmantel nach oben dringt - beispielsweise im Bereich bestimmter Bruchlinien, die sich entlang der Längsachse des Atlantik erstrecken - und im hängenden Bereich des Mantels beidseitig auseinanderweicht, um schließlich abzukühlen und zu erhärten. Die Meeresböden werden quasi an solchen mittelozeanischen Längsachsen auseinandergezogen. Die Kontinente würden demnach nicht auseinanderdriften, sondern von den seitlich auseinanderstrebenden Meeresböden passiv mitgeschleppt. Sea-floor spreading-zentren sind im eigentlichen Sinn alle aktiven ozeanischen Rücken, da dort neue, ozeanische Kruste entsteht. Im Grundsatz entsteht bei jedem Vulkanausbruch punktuell ein Stückchen neue Erdkruste. Insgesamt spielt sich der größte Teil der vulkanischen Vorgänge auf der Erde an vier Strukturtypen ab. 1. Die Gebirge rund um den Pazifischen Ozean und längs des Südrandes von Europa und Asien 2. Vulkangruppen längs ausgeprägter Grabenstrukturen innerhalb von Kontinenten (ostafrikanisches Grabensystem) 3. Andere Vulkane liegen mitten im Ozean, weitab von Kontinenträndern und ozeanischen Rücken. 4. Der weitaus größte und stetigste Vulkanismus aber findet in den Ozeanen längs der mittel-ozeanischen Rücken statt, wenn er auch nur selten, wie etwa in Island an der Oberfläche sichtbar ist. Magnetfeld: Auch das Magnetfeld der Erde änderte sich im Verlauf der Erdgeschichte. Bestimmte magnetische Gesteine konservieren die Ausrichtung des Magnetfeldes über Jahrmillionen. Am Mittelatlantischen Rücken wurden langgezogene Streifen starker und schwacher Magnetfelder gefunden, die einander abwechseln. Sie liegen symmetrisch auf beiden Seiten des Mittelatlantischen Rückens. Der naheliegende Schluß war, daß hier durch den Aufstieg von Magma ständig neuer Meeresboden gebildet wird, der vom Rücken in entgegengesetzte Richtungen wegdriftet. Beim Erkalten der Gesteine

13 13 wird die Richtung des jeweils herrschenden Magnetfeldes konserviert. Das Basaltgestein ist unmittelbar am Rand des Zentralgrabens am jüngsten und wird desto älter, je weiter man sich nach beiden Seiten entfernt. Meeresbodenstreifen, die dieselbe Magnetfeldrichtung wie heute aufweisen, haben ein starkes Magnetfeld. Streifen mit entgegengesetzter Magnetisierung ein schwaches Feld. Da die Zeit zwischen den jüngsten Umpolungen des Erdmagnetfeldes bekannt ist, läßt sich aus der Breite der Streifen eine Driftgeschwindigkeit berechnen. Sie liegt im nördlichen Bereich des Mittelatlantischen Rückens bei etwa 1 cm pro Jahr, im südlichen Bereich bei 5 cm pro Jahr. Das Breitenwachstum der mittelozeanischen Rücken kann bis zu 16 cm pro Jahr betragen, so daß in 100 Millionen Jahren möglicherweise der gesamte Ozeanboden des Pazifik von neu gebildetem Basalt bedeckt sein wird. Sedimente vom Meeresboden sind in der Tat nur in seltenen Fällen älter als 100 Millionen Jahre, was angesichts eines 45 mal höheren Erdalters sehr verwunderlich ist, ließe es sich nicht mit der kontinuierlichen Ausbreitung der Meeresböden erklären. Bei Wegener ist der Meeresboden alt, er kommt bei der Verschiebung der Kontinente nur neu zum Vorschein. Tatsächlich sind die Ozeanböden jünger als die meisten Kontinentteile und sie sind bei weitem mobiler als diese. So, wie infolge des Sea-floor spreading an manchen Stellen Platten aneinandergedrückt werden, werden an anderen welche auseinandergerissen. Der Mittelatlantische Rücken verläuft genau durch das westliche Island, das, wenn auch sehr langsam, auseinanderbricht. Ein anderer Dehnungsbereich ist das Rote Meer, das noch ziemlich jung ist und seine Existenz nur der Tatsache verdankt, daß Afrika und die Arabische Halbinsel sich voneinander entfernen. Dieser Prozeß hält an, so daß das Rote Meer gewissermaßen ein neuer, in der Entstehung begriffener Ozean ist. Daß am Boden des Roten Meeres Magma aufdringt, darauf deutet die Tatsache hin, daß es in der Tiefe dieses Gewässers Stellen gibt, wo die Temperatur 65 Grad Celsius beträgt und der Salzgehalt mindestens fünfmal so hoch ist wie bei normalem Meerwasser. Subduktionszonen ( Verschluckungszonen, Konvergenzzone ) Durch die ständige Neubildung von Meeresboden müßte sich der Erdumfang langsam vergrößern. Da dies aber nicht der Fall ist, muß es einen Mechanismus geben, der zum Verschwinden von Meeresboden führt. Wenn zwei Platten an einer Plattengrenze auseinanderrücken, dann ist es klar, daß es auf der jeweils gegenüberliegenden Seite zu Druckspannungen mit der nächst angrenzenden Platte kommen muß. Wenn sich auf diese Weise zwei Platten aufeinander zubewegen, bauen sich diese Spannungen langsam und kontinuierlich auf (bei einer Wanderungsgeschwindigkeit der aktiven Platte von nicht mehr als 5 cm

14 14 pro Jahr), und es kommt an der Kontaktfläche zu Stauchungen, Krustenüberschiebungen und Faltenbildungen. Bei der Subduktion taucht die schwerere ozeanische Kruste unter die leichtere kontinentale Kruste und in den tieferen Erdmantel hinein und verschwindet somit von der Erdoberfläche. Sie wird dort aufgeschmolzen und wieder zu Magma. Man hat sogar schon Beweise gefunden, daß Magmasedimente nach ihrer Reise in die Tiefe wieder in Vulkane eingebracht werden können. Die Subduktionszonen sind durch vier auffällige Merkmale gekennzeichnet: 1. Sie bilden neben den ozeanischen Rücken die Hauptvulkangebiete der Erde. 2. Sie sind die erdbebenreichsten Gebiete der Erde. 3. Sie werden entweder von Faltengebirgen oder von Inselbögen begleitet. 4. Sie werden STETS von Tiefseegräben begleitet, von schmalen Furchen im Ozeanboden, die weit unter die durchschnittliche Meerestiefe hinabreichen. Ein typisches Beispiel für solche Subduktionszonen ist die Westküste von Amerika. Vor der Küste liegt ein Tiefseegraben. Er markiert die eigentliche Subduktionszone. Auf der Kontinentalplatte zieht sich ein Gebirge mit aktiven Vulkanen von Alaska bis nach Feuerland. Die Kollision der Platten wird auch von starken Erdbeben begleitet. Wenn man die Pazifische Platte betrachtet, stellt man fest, daß sie ringsum von zahlreichen aktiven und erloschenen Vulkanen gesäumt ist. Man nennt diese Anordnung auch den PAZIFISCHEN FEUERRING. (Japan, Philippinen, Aleuten...) Das Plattenmosaik der Erde Man unterscheidet 7 größere Lithosphärenplatten, die durch auffällige ozeanische Rücken und Subduktionszonen voneinander abgegrenzt sind und zahlreiche mittlere und kleinere Platten ( Microplates ).

15 DIE AMERIKA - PLATTE Sie umfaßt Nord-, Mittel- und Südamerika sowie den gesamten Westteil des Atlantischen Ozeans vom Mittelatlantischen Rücken bis zum passiven Kontinentrand an der Ostküste Amerikas. Während der Ostrand der Platte, der Mittelatlantische Rücken, recht einheitlich gebaut ist, setzt sich der Süd- und Westrand aus vielen, sehr unterschiedlichen Segmenten zusammen. DIE AFRIKA - PLATTE Die Afrika-Platte hat seit langer Zeit nach drei Seiten mittelozeanische Rücken als Ränder; komplizierte Grenzen zeigt sie nur gegen Norden. Dort geht sie an einem schwierig zu entwirrenden Bündel von Kleinplatten und Subduktionszonen in den europäischen Kontinent über. DIE ANTARKTIS - PLATTE Die Antarktis-Platte besteht aus einem kontinentalen Kern, der allseits von 15 ozeanischer Kruste umgeben ist. Die Grenze wird fast überall durch aktive ozeanische Rücken gebildet. DIE AUSTRALISCHE PLATTE Die Australische Platte ist komplizierter zusammengesetzt und mit komplizierteren Grenzen versehen als die Afrika- und Antarktis-Platten. Ihr gehören heute der größere Teil des Indischen Ozeans, ein Stück Südpolarmeer, die kontinentalen Gebiete Australiens mit Tasmanien, ein Teil von Neuseeland sowie Gondwana- Indien, also dessen präkambrischer Schild samt Sri Lanka an. DIE PAZIFIK - PLATTE Die Pazifik-Platte besteht ausschließlich aus ozeanischer Kruste, wenn man den

16 16 schmalen Streifen kalifornischer Küste im Osten nicht rechnet. Im Osten ist, abgesehen vom Transform Fault-System des Golfs von Kalifornien und der San- Andreas-Verwerfung, stets der Ostpazifische Rücken die Grenze gegen die Amerika-Platte und die Nazca-Platte. Im Südosten ist die Grenze der Pazifisch- Antarktische Rücken; im Südwesten, Westen und Nordwesten das vielfältige Muster von Subduktionszonen an den Inselbögen Südost- und Ostasiens. Im Nordwest-Pazifik liegt auch die älteste überhaupt auf der Erde vorhandene ozeanische Kruste. DIE NAZCA - PLATTE Diese kleine, aber mit etwa 10 cm pro Jahr sehr schnelle Platte ist ebenfalls rein ozeanisch. Sie liegt westlich der zentralen Anden, unter die sie subduziert wird, und ist auf den übrigen drei Seiten von aktiven ozeanischen Rücken begrenzt; dem Chile- Rücken im Süden, dem Ostpazifischen Rücken im Westen und dem Galapagos-Rücken im Norden. Sie ist die kleinste der üblicherweise aufgezählten Großplatten und kann wohl als zeitlich limitierte Teilplatte der Pazifik-Platte aufgefaßt werden. DIE EURASIA - PLATTE Die eurasische Platte ist die komplizierteste von allen. Nicht nur grenzt sie heute an ihrem langen Süd- und Ostrand mit vielerlei Kollisionsstrukturen an mehrere andere Platten, sie hat auch eine vielfältige plattentektonische Geschichte hinter sich. Sie hat den größten Anteil kontinentaler Kruste; nur im Nordatlantik und im Nördlichen Eismeer ist ein größerer Streifen ozeanischer Kruste beteiligt. Kleinere Lithosphären Platten: Die Arabische Platte Die Kokos-Platte Die Karibik-Platte Die Drake-Platte Die Philippinen-Platte Plattenkollision und Orogenese Unter Orogen versteht man die strukturelle Einheit Gebirge. Ein Orogen ist also nicht notwendigerweise ein Hochgebirge, auch die tief abgetragenen Fastebenen eines präkambrischen Schildes bestehen überwiegend aus Orogenen. Unter Orogenese versteht man alle Vorgänge, die zur strukturellen Prägung eines Gebirges führen. Eine Theorie, die wie die Plattentektonik den Anspruch erhebt, ein vollständiges, neues Erdbild zu liefern, muß daher zwangsläufig auch Gebirgsbildungstheorie sein. Orogene entstehen durch den Zusammenstoß zweier oder mehrerer Lithosphären-platten, der in aller Regel mit der Ausbildung einer oder mehrerer Subduktionszonen zusammenfällt. Dabei spielen Kollisionen von kontinentalen Plattenteilen eine beson-dere Rolle. Nur bei Kontinent-Kontinent- Zusammenstößen spricht man von Kollisions-orogenesen. Doch gibt es eigentlich

17 17 keinen Fall von Plattenbegegnung, an dem nicht auch ozeanische Kruste beteiligt wäre. Auch zwischen zwei kollidierenden Kontinenten lag stets ein Ozean, es sei denn, sie wären vorher seitlich aneinander vorbeigeglitten. Der Himalaja faltete sich auf, als die Platte, die den indischen Subkontinent trug, gegen den Südostrand der Eurasischen Platte gepreßt wurde. Gebirge alpinen Stils, also Hochgebirge zwischen dem westlichen Mittelmeer und Ost-asien gehen auf den Zusammenstoß von Kontinenten zurück. Junge Gebirge tauchen mit ihren Granitwurzeln tief in die Basaltschicht ein; in dem Maß jedoch, wie sie durch Erosion abgetragen werden, heben sie sich als ganze ein wenig, so daß das Gleichgewicht der Massen (Isostasie) erhalten bleibt. Bei den nord-amerikanischen Appalachen, einem sehr alten Gebirge, ist so gut wie keine Granit-wurzel mehr vorhanden. Hot spots Hot spots sind eng begrenzte Stellen auf der Erde, an denen über lange Zeit intensiver Vulkanismus stattfindet. Sie haben primär nichts mit Plattentektonik zu tun, doch sind sie gerade durch die plattentektonische Forschung bekannt geworden. Solche Hot spots pflegen nämlich scheinbar zu wandern; die Inseln von Hawaii sind ein gutes Beispiel. Tatsächlich wandert aber nicht die Wärmequelle, sondern die Lithosphären-platte zieht über sie

18 hinweg. Man zählt an die vierzig solcher Hot spots auf der Erde. Beispiel Hawaii: Die pazifische Platte bewegte sich langsam nordwestwärts und trug die neu entstandenen Vulkane wie ein Förderband laufend von der Magmaquelle weg. Nur solange sie noch nahe genug beim Hot spot waren, blieben sie aktiv. Die älteren Vulkane werden immer mehr erodiert, bis sie gar nicht mehr über den Meeresspiegel aufragen (Seamounts). Ein tragisches Schicksal ereilt die Seamounts, wenn sie bei der Subduktionszone (Kurilengraben und Aleutengraben) ankommen: sie werden dort nämlich verschluckt! Weitere Hot spots: Die Inseln Tristan da Cunha und St. Helena im Südatlantik, die Kap Verde-Inseln und Madeira im Nordatlantik. Auf den Kontinenten sind das Hoggar-Gebiet in der Sahara und das Yellowstone-Gebiet in Nordamerika als Beispiele zu nennen. 18 Mantle plumes Unter Mantle plumes versteht man aus tiefen Teilen des Erdmantels aufsteigende Wärme- und Massenströme. Sie werden als unregelmäßig umgrenzt gedacht - wie ein Haufen in leichter Strömung aufsteigender oder aufwabernder Daunenfedern - und sollen letztlich Wärme und Material für die aktiven Spaltensysteme auf Kontinenten und Ozeanen liefern. Ihr Ursprung ist unklar. Konvektionswalzen Warum sind die Plattenränder aktiv? Die Platten werden durch Strömungen im Erdmantel bewegt, so daß die Ränder aneinander vorbeigleiten, sich voneinander entfernen oder aufeinander zudriften. Die dabei aufgebauten Spannungen lösen sich ruckartig in unregelmäßigen Abständen (Erdbeben). Durch diese Bewegungen entstehen Risse in der Erdkruste, in denen Magma aus dem Erdmantel bis an die Erdoberfläche aufsteigen kann (Vulkanismus). Das gängigste Modell für die Dynamik der Plattentektonik ist das der Konvektion. Konvektionsströmung: Temperatur- und Druckausgleichsströmung. Die Lithosphärenplatten bewegen sich passiv mit der Konvektionsströmung mit.

19 19 Durch die großen Temperaturunterschiede zwischen Erdkern und der Erdkruste entsteht eine Strömung des Magmas im Erdmantel vom Erdkern weg. (ähnlich: heiße Luft steigt nach oben ). Der relativ warme Mantel steigt in Gestalt der beschriebenen Mantle plumes auf, im wesentlichen in festem Zustand. Wo er die Lithosphäre erreicht, wird er teilweise verflüssigt: das Magma ergießt sich einerseits auf den Ozeanboden und bildet dort Vulkane, teilweise erstarrt es in den Sheeted dykes (unter der ozeanischen Spalte erstarrende, wie Blätter nebeneinanderliegende Gänge). Dieser aufsteigende Wärme- und Materialstrom kann nur dann über längere Zeit beste-hen bleiben, wenn die ozeanische Lithosphäre nach der Seite weggleitet. Die Zunahme der Fläche muß aber kompensiert werden - durch Verschluckung an den Subduktions-zonen. Da die ozeanische Asthenosphäre als Träger der bewegten Lithosphäre wesentlich höher im Erdmantel sitzt als die kontinentale (ca km zu km unter der Erdoberfläche), ist die Verschluckung nicht als rein passiver Vorgang - Schub von hinten - zu erklären. Es ist daher anzunehmen, daß zumindest ein Teil der Bewegung der Platten an den Subduktionszonen initiiert wird. Der abwärtssteigende Ast der üblicherweise zwischen ozeanischem Rücken und Subduktionszone liegenden Konvektionszelle ist ebenfalls aktiv und nicht nur passiv an ihrem Antrieb beteiligt. Je nach wissenschaftlichem Autor liegt der Schwerpunkt der Initialkräfte beim Aufstieg der Mantle plumes unter den ozeanischen Rücken oder beim Absinken der ozeanischen Kruste in den Subduktionszonen. Wie und wo sich in der Tiefe der Kreislauf der Konvektionszellen schließt, ist noch nicht geklärt. Hierüber lassen sich nur Vermutungen anstellen. Die Unkenntnis über die Tiefenerstreckung der Konvektionswalzen (700 km? km?) wird offen zugegeben. Man weiß zwar - oder glaubt zu wissen - daß Massenkreisläufe stattfinden und daß sie rechnerisch durch Konvektion angetrieben werden können. Aber niemand weiß bis heute, was in der Tiefe wirklich vor sich geht. E N D E

20 Quellenangaben: Abriß der Plattentektonik von Hubert Miller, Verlag: Enke, 1992 Alfred Wegener und die Drift der Kontinente von Martin Schwarzbach, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart, 1989 Die exakten Geheimnisse unserer Welt von Isaac Asimov, Verlag: Droemer Knaur,