Mantelkonvektion, Motor der Plattentektonik

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Birgit Irmgard Wetzel
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1 Mantelkonvektion, Motor der Plattentektonik

3 Hauptantrieb der Plattenbebegung resultiert aus Konvektionsströmen im Erdmantel, die von Temperaturunterschieden (ΔT) in Gang gehalten werden. Heißes, leichtes Mantelmaterial steigt nach oben und transportiert dabei Wärme. Es wandert dann lateral unter der Lithosphäre entlang und zieht diese durch Reibungskopplung mit sich.

4 Klassisches Modell der Plattentektonik: An divergenten Plattenrändern (Mittelozean. Rücken) treffen sich zwei Konvektionswalzen mit aufsteigendem Ast. Das empor dringende, erwärmte, leichtere Mantelmaterial hebt die Kruste unter dem Meer an. Indem sich der Strom unter der Lithosphäre gabelt, zieht er die Kruste zugleich am mittelozeanischen Rücken auseinander. In die Risse dringt Magma etc.

5 An konvergenten Plattenrändern (Subduktionszonen) treffen die absteigenden Äste zweier Konvektionswalzen zusammen. Das abtauchende, kalte und somit schwere Material wird in die Tiefe gezogen und aufgeschmolzen

6 ????

8 Condie, 1997 Abtauchende Lithosphärenplatten sind relativ kalt und somit dichter als der umgebende Mantel. Somit sind die Geschwindigkeiten der seismischen Wellen (hier V P ) höher. Die an Subduktionszonen steil abtauchenden Lithosphärenplatten können, v.a. wenn sie sehr ortsfest sind, in den tiefen Mantel eintauchen. Bsp: Marianen-Slab

Tauchen die Platten flach ab, wie der Izu-Bonin- oder der Japan- Slab, und migrieren die Subduktionszonen zusätzlich, so haben die Slabs größere Probleme, die 660

9 Tauchen die Platten flach ab, wie der Izu-Bonin- oder der Japan- Slab, und migrieren die Subduktionszonen zusätzlich, so haben die Slabs größere Probleme, die 660 km-diskontinuität zu überwinden. Die meisten rezenten Slabs scheinen aufgrund seismischer Tomographie in den tieferen Mantel abzusinken, und dies spricht für Ganzmantelkonvektion. Condie, 1997

10 ozean. Spreizungsrücken Lithosphäre ozean. Spreizungsrücken 660 km- Diskontinuität KMG Kern Probleme der zweistöckigen Konvektionszellen: Die Konvektionszellen sind oberhalb der 660 km-diskontinuität viel zu klein, im Vergleich zu den Plattengrößen. Sie sollten zudem annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Abtauchende Lithosphärenplatten können ohne weiteres die 660 km- Diskontinuität überwinden, v.a. wenn die Platte (slab) steil abtaucht.

11 Tarbuck and Lutgens, 2009

12 Geodynamik und Plattentektonik, 1995

13 Afrikanische Platte E-afrik. Graben Indisch- Australische Platte Südamerik. Platte M Carlsberg-. Rücken Mittelatlant. Rücken Die Afrikanische Lithosphärenplatte wird ausschließlich von divergenten Plattenrändern begrenzt: - im E der Carlsberg-Rücken - im W der Mittelatlant. Rücken. Zwischen den Rücken fehlt jedoch die Subduktionszone. Im Gegenteil, im E von Afrika finden wir den Ostafrikanischen Graben bzw. das Ostafrikanische Riftsystem (Kenia, Malawi), wo die Lithosphäre nochmals gespreizt wird.

14 Afrikanische Platte E-afrik. Graben Indisch- Australische Platte Südamerik. Platte M Carlsberg-. Rücken Mittelatlant. Rücken Wir haben also 3 Spreizungszonen nebeneinander. Was geschieht mit der an den beiden Rücken produzierten und nach Afrika transportierten Lithosphäre? Dieses Problem lässt sich ohne eine dazwischenliegende Subduktionszone nur lösen, wenn die Ozean. Rücken wandern. D.h. der Carlsberg-Rücken und der Mittelatlant. Rücken müssen sich von Afrika wegbewegt haben.

15 Afrikanische Platte E-afrik. Graben Indisch- Australische Platte Südamerik. Platte M Carlsberg-. Rücken Mittelatlant. Rücken Fragen: Warum verschieben sich die Rücken, so dass die Konvektionswalzen größer werden? Warum Spreizung der Lithosphäre (Rifting) unter Afrika und keinerlei Subduktion?

16 Geodynamik und Plattentektonik, 1995

17 Geodynamik und Plattentektonik, 1995

18 Geodynamik und Plattentektonik, 1995

21 Wie kommt es zur Bildung der Megakonvektionswalzen? Warum sind sie ausgerechnet unter Afrika und unter dem Pazifik platziert?

22 Pangäa [gr.: All-Erde, Begriff von A. Wegener] Panthalassa [gr.: Ganzes Meer, Thallata = Meer]

23 Geodynamik und Plattentektonik, 1995

25 Geodynamik und Plattentektonik, 1995

26 Hinweise auf Wärmebeule unter Pangäa: Vor m.y. traten auf der S-Hälfte Pangäas, dem sog. Gondwana, die größten flächenhaften Basaltergüsse der Erdgeschichte auf (4 Mio qkm großes Gebiet): - Drakensberg-Basalte in der Republik S-Afrika - Paraná-Basalte in S-Amerika (NW Buenos Aires) - Basalte der Antarktis Zudem entstanden zahlreiche Basaltgänge. Dies war offensichtlich das Vorspiel zur Aufspaltung von Pangäa.

30 Geodynamik und Plattentektonik, 1995

31 Geodynamik und Plattentektonik, 1995

36 500 Mio. J. währender Superkontinentzyklus 750 Ma (Proterozoikum) 250 Ma (Perm/Trias) +250 Ma (ferne Zukunft)

37 Vor 750 Ma existierte weiterer Großkontinent Rodinia Zu Beginn der 1990er Jahre kam es zur Hypothese SWEAT = Southwest U.S./East Antarctic Theory, basierend auf Befunden, dass ca. 1 Ga alte, d.h. Grenville-Gesteine sowohl entlang der antarktischen E- Küste (Shackleton-Range) als auch im E und S von N- Amerika (Labrador über Texas und Neu Mexiko bis Arizona) vorkommen. Die Gesteine ähneln sich nicht nur im Alter, sondern auch im Typ.

38 Geodynamik und Plattentektonik, 1995

47 Kollision von 2 Kontinenten führt zu einem Kollisionsorogen (z.b. Himalaya) Anhaltende Konvegenz, Ozean wird noch kleiner Ein passiver Rand entwickelt sich zum aktiven (konvergenten) Rand, Subduktion setzt ein, Ozean wird kleiner Ozeanstadium mit passiven Kontinentalrändern Riftstadium (z.b. Ostafrikan. Graben, Rotes Meer)

49 SupercontinentCycle.mov

51 archaischer Kraton Orogen Kruste ca. 7 km bis 60 km ca. 30 km Mantellithosphäre Krustenwurzel Moho (keine mechan. Entkopplung) ithosphärenwurzel LVZ km (mechan. Entkopplung) Lithosphärenwurzel bis 300 km LVZ Asthenosphäre

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