Konvergente Plattengrenzen
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- Henriette Hofmeister
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1 Konvergente Plattengrenzen
2 Konvergente Plattengrenzen Sind notwendig, da die an divergenten Plattengrenzen neu gebildete Lithosphäre an anderer Stelle wieder verschwinden muss (Durchmesser der Erde bleibt gleich)
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4 Press and Siever, 1998
5 Press and Siever, 1998
6 Press and Siever, 1998
7 Im Zuge der Kollision kann auch kontinentale Kruste nach unten in den Mantel transportiert werden, jedoch nur in beschränktem Maße da: Kontinentale Kruste relativ dick (ca. 30 km) Kontinentale Kruste relativ leicht (ρ = ca. 2,8 g cm -3 ) Wenn die leichte Kontinentale Kruste in den schweren Mantel eintaucht, erfährt sie einen isostatischen Auftrieb. Dies hemmt weitere Subduktion. Ozeanische Kruste hingegen verhält sich anders, da: Ozeanische Kruste relativ dünn (ca. 7 km) Ozeanische Kruste relativ schwer (3,0 g cm -3 )
8 Inselbogen entwickelt sich intraozeanisch auf Ozeanischer Kruste Inselbogen entwickelt sich auf Kontinentaler Kruste Aktiver Kontinentalrand Kontinent/Kontinent-Kollision Frisch and Meschede, 2005
9 Konvergente Plattenränder Frisch and Meschede, 2005
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11 Press and Siever, 1998
12 Press and Siever, 1998
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15 Forearc-Becken Akkretionskeil Vulkan. Arc Trench Back-Arc-Becken durch Back-Arc-Spreading Reliktischer, inaktiver vulkan. Arc
16 Heute beobachten wir im westlichen Pazifik bis zu 3 Generationen solcher Backarc- Becken hinter den modernen Vulkanischen Bögen.
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21 Frisch and Meschede, 2005
22 Beben von Banda Aceh (Sumatra), 2004 Magnitude 9,1 > Tote v.a. durch Tsunami Der Spiegel 12/2004
23 Isothermen im Bereich einer Subduktionszone Kalte Platte taucht in den heißen Mantel ab und schleppt die Isothermen nach unten Frisch and Meschede, 2005
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26 Tarbuck and Lutgens, 1997
27 blau = flache Beben (bis 70 km Tiefe), gelb = mitteltiefe Beben ( km Tiefe), rot = sehr tiefe Beben (300 bis 700 km) Tarbuck and Lutgens, 1997
28 Maximale Bebentiefe = ca. 700 km. Dies ist extrem tief, wenn man bedenkt, dass man hier schon tief im Mantel steckt. Im Mantel existieren 2 markante Diskontinuitäten hinsichtlich der seismischen Wellengeschwindigkeit (V P ), die durch Dichteunterschiede zustande kommen. 410 km (Olivin Spinell, Wadsleyit) 660 km (Spinell Perowskit, Mg-Wüstit) Offensichtlich vermögen einige der abtauchenden Platten nicht nur die erste, sondern auch die zweite Diskontinuität zu durchschreiten. Bei einigen scheint es jedoch Probleme an diesen Grenzflächen zu geben (z.b. Tonga)
29 Isacks and Molnar, 1972
30 Unter dem Akkretionskeil liegen häufig Überschiebungsbeben vor, die Beben sind hier auf die Kontaktfläche von Ober- und Unterplatte beschränkt. Hier haben wir also Scherverformung weil die größte Hauptnormalspannung (rote Pfeile) schräg auf die Kontaktfläche wirkt. Es entstehen asymmetrische bzw. non-koaxiale Deformationsgefüge. Weiter unten bis in eine Tiefe von ca. 400 km kommt es zur dip-parallelen Extension (blaue Pfeile). Diese Extension resultiert aus dem Slab- Pull, d.h. die Platte ist unten sehr schwer (z.b. Gabbro wird durch Metamorphose in schwereren Eklogit umgewandelt). Schwerer Eklogit zieht Platte nach unten. Es entstehen symmetrische bzw. koaxiale Gefüge. In noch größerer Tiefe kommt es meist wieder zu dip-paralleler Kompression (rote Pfeile). Dies könnte mit dem Anstieg der Dichte im Mantel zusammenhängen (Perowskitbildung). Isacks and Molnar, 1972, aus Frisch and Meschede, 2005
31 Isacks and Molnar, 1972
32 Green, 1995 Anzahl der Beben fällt mit der Tiefe ab bis ca. 300 km. Von km bleibt sie fast gleich. In größerer Tiefe steigt sie wieder an. In Tiefen >700 km kommen keine Beben mehr vor.
33 Das Minimum der Bebenhäufigkeit fällt in etwa mit der Manteldiskontinuität bei ca. 410 km zusammen, entlang der Olivin in Spinell umgewandelt wird Olivin Spinell Green, 1995
34 Green, 1995
35 Zwischenbeben (rote Punkte) finden statt, wenn Serpentin (wasserhaltiger Olivin) entwässert wird, während er in unteren Mantel abtaucht. Tiefbeben (schwarze Punkte) hängen mit der Umwandlung von Olivin in das dichtere Mineral Spinell zusammen. Diese Umwandlung läuft in der kalten abtauchenden Platte verzögert ab. In 700 km Tiefe sind auch die letzten Olivinreste zerfallen. Darunter ist kein Erdbeben mehr zu verzeichnen, da der Übergang von Spinell in Perowskit unspektakulär abläuft. Zwischenbeben Tiefbeben Green, 1995
36 Man unterscheidet weiterhin High-Stress- und Low-Stress- Subduktionszonen High-Stress-Typ (Bsp. Peru-Chile-Subduktionszone) - flach einfallende Benioff-Zone, - junge Platte zeigt nach oben konvexe Wölbung vor dem Trench - großer Akkretionskeil - Subduktionserosion - flache Erdbeben mit großer Magnitude, da intensive Kopplung zw. Ober- und Unterplatte - kalkalkalische u. tholeiitische Magmen Low-Stress-Typ (Bsp.: Marianen-Subduktionszone) - steil einfallende Benioff-Zone - alte Platte ohne Wölbung vor dem Trench - kein oder nur kleiner Akkretionskeil - wenige starke Erdbeben, da nur geringe Kopplung zwischen Ober- und Unterplatte - v.a. basaltische Magmen u. Backarc- Becken (wegen roll-back)
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38 Subduktionserosion Bsp. Anden 1 2 Woran erkennt man Subduktionserosion? - Verlagerung des Magmatischen Bogens - Sedimentvolumen im Trench ist deutlich geringer als jenes, das von Flüssen angeliefert wird
39 Subduktionserosion am Plattenrand vor Costa Rica, wo Cocos-Platte unter Karibische Platte abtaucht. Durch Subduktionserosion wird die Oberplatte verkürzt, und der Plattenrand verlagert sich in Richtung Nordosten. Frisch and Meschede, 2005
40 Subduktion von Tiefseebergen am Plattenrand vor Costa Rica. Durch das Eindringen in die Subduktionszone hinterlassen die Tiefseeberge tiefe Furchen in der Oberplatte Frisch and Meschede, 2005
41 Schmelzbildung unter dem Vulkanbogen einer Subduktionszone. Wasserabgabe aus der Subduktionszone führt zur Bildung von Serpentin im lithosphärischen Mantel der Oberplatte sowie zur Schmelzbildung im heißen Asthenosphärenkeil Frisch and Meschede, 2005
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46 Inselbogen: Es dominieren Theoleit-Basalte u. andesitische Basalte Vulkanischer Bogen am Kontinentalrand: Es dominieren Andesite und Dacite Press and Siever, 1998
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49 Subduktions-Vulkanismus ist wesentlich explosiver als der basaltische an ozeanischen Rücken, da mehr volatile Elemente im Magma enthalten sind. Schmelzen sind z.t. sauer mit hoher Viskosität, so dass sich der Förderkanal verstopft. Häufig sind Stratovulkane, wie der Fujiyama in Japan
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56 Frisch and Meschede, 2005
57 Yagrumito Mud Volcano in Monagas, Venezuela
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59 Würden wir im Bereich der Subduktionszone ein Loch bohren, so hätten wir in 100 km Tiefe ca. 400 C Geothermischer Gradient = 4 C/km Frisch and Meschede, 2005
60 Würden wir im Bereich der Subduktionszone ein Loch bohren, so hätten wir in 100 km Tiefe ca. 400 C Geothermischer Gradient = 4 C/km Bohren wir in die kontinentale Kruste, unter die subduziert wird (Oberplatte), so haben wir 400 C schon in ca. 20 km Tiefe Geothermischer Gradient = 20 C/km Frisch and Meschede, 2005
61 Würden wir im Bereich der Subduktionszone ein Loch bohren, so hätten wir in 100 km Tiefe ein Temperatur von ca. 400 C Geothermischer Gradient = 4 C/km Bohren wir in die kontinentale Kruste, unter die subduziert wird (Oberplatte), so haben wir 400 C schon in ca. 20 km Tiefe Geothermischer Gradient = 20 C/km Bohren wir in die Oberplatte im Bereich des Vulkanischen Bogens, so haben wir 400 C schon in ca. 10 km Tiefe Geothermischer Gradient = 40 C/km Frisch and Meschede, 2005
62 40 C/km 40 C/km 20 C/km 7 C/km 20 C/km 7 C/km
63 40 C/km 40 C/km 20 C/km 7 C/km 20 C/km 7 C/km
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67 Glaukophanschiefer, Ile de Groix, Frankreich Eklogit, Weißenstein, Münchberger Gneismasse, Ostbayern
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69 α-quarz Coesit trigonal Dichte: 2,65 g/cm³ monoklin Dichte: 2,91 g/cm³ Eckverknüpfte SiO 4 -Tetraeder bilden 3 1 -Schraubenachsen um die trigonale c-achse von Quarz. Jedes dieser Tetraeder weist zusätzlich eine Verknüpfung zu zwei benachbarten Schrauben auf. Coesit besteht aus 4er-Ringen von SiO 4 - Tetraedern, die zu Ketten verknüpft sind. Diese Ketten (unterschiedliche farbig dargestellt!) sind weiter zu Schichten verknüpft, so dass weitere 4-Ringe entstehen.
70 Hinweise auf Ultrahochdruckmetamorphose Relikte von Coesit neben Quarz in Pyrop-Granat (Alpen, Dora-Maira-Massiv) Mikrodiamanteinschlüsse in Zirkon (Erzgebirge) Chopin, 2003
71 Vorkommen von Ultrahochdruckmetamorphiten Chopin, 2003
72 Generell haben wir im Bereich von konvergenten Plattenrändern meist beide Typen von Metamorphose vorliegen: Hochdruck (HP)-Metamorphose im Bereich der eigentlichen Subduktionszone Niederdruck (LP)-Metamorphose im Bereich des Magmatischen Bogens. Dies führt dazu, dass heute rund um den Pazifik metamorphe Doppelgütel (paired metamorphic belts) vorliegen. HP-Gürtel liegt seewärts LP-Gürtel liegt im Bereich des Magmatischen Bogens. Entfernung zwischen beiden Gürteln = km. Miyashiro, 1972
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