46 02428 (FWU) / 978-3-623-42859-8 (Klett-Perthes) Plattentektonik Seite 1/8 Deutscher Filmkommentar Plattentektonik Unruhezonen der Erde 3:00 min Unsere Erde ist ein unruhiger Planet. Immer wieder wird sie von Erdbeben und Vulkanausbrüchen erschüttert. Doch nicht alle Gebiete sind gleichermaßen von diesen Naturkatastrophen betroffen. Erdbeben häufen sich in lang gestreckten Zonen, besonders in den Randgebirgen und den Inselbögen rings um den Pazifik. Auf den Kontinenten sind sie meist an junge Gebirgszüge gebunden z. B. rund um das Mittelmeer oder an große Bruchzonen, wie in Ostafrika. Auch durch die Ozeane ziehen sich Erdbebenzonen; sie folgen dort untermeerischen Gebirgszügen, den Mittelozeanischen Rücken. Vulkanausbrüche konzentrieren sich in genau denselben Gebieten: Sie markieren den Großen Grabenbruch Ostafrikas und häufen sich rund ums Mittelmeer. Vulkane begleiten die Gebirge im Westen Amerikas und die Inselbögen und Tiefseerinnen im Pazifik. Heute weiß man, dass diese Unruhezonen Schwachstellen in der Gesteinshülle der Erde nachzeichnen, entlang derer die Erdrinde in riesige Platten zerteilt ist Platten, die sich gegeneinander bewegen. Die Vorgänge im Zusammenhang mit der Bewegung der Erdplatten beschreibt die Plattentektonik. Die einzelnen Erdplatten sind keineswegs an die Grenzen der Kontinente gebunden, sondern schließen auch große Ozeanbereiche ein. Die acht größten Platten sind: die Eurasische und die Afrikanische Platte, die Südamerikanische und die Nordamerikanische Platte, die Nazca-Platte, die Pazifische Platte, die Indo-australische Platte und, ganz im Süden, die Antarktische Platte. Dazwischen gibt es eine Reihe kleinerer Platten. Die kleinsten werden als Mikroplatten bezeichnet.
46 02428 (FWU) / 978-3-623-42859-8 (Klett-Perthes) Plattentektonik Seite 2/8 Schalenbau der Erde 3:50 min Obwohl die tiefsten Bohrungen nur bis etwa 12 Kilometer in die Erde reichen, weiß man durch die Messungen von Erdbebenwellen und deren Ausbreitung recht genau über das Innere der Erde Bescheid. Der Erdball ist schalenförmig aufgebaut: Man unterscheidet Erdkern, Erdmantel und Erdkruste. Wegen des hohen Drucks ist der Erdkern in seinem inneren Bereich fest trotz Temperaturen von über 4.000 Grad. Er besteht aus Eisen, mit Beimengungen von Nickel, Schwefel und Sauerstoff. Der äußere Bereich des Erdkerns hingegen ist flüssig. Die Grenze vom Erdkern zum Erdmantel liegt in einer Tiefe von etwa 2900 Kilometern. Der Erdmantel besteht zum größten Teil aus zäh plastischem Gestein, das langsam zirkuliert. Man spricht von Konvektionsströmen. Der oberste Bereich des Erdmantels besteht aus festen Gesteinen. Darüber liegt die Erdkruste, die ebenfalls aus festen Gesteinen aufgebaut ist. Beide zusammen bilden die Gesteinshülle der Erde, die Lithosphäre. Diese wollen wir näher betrachten. Der oberste Teil der Lithosphäre ist die Erdkruste. Ihre Mächtigkeit schwankt sehr stark: Unter den Ozeanen ist sie zwischen 5 und 7 Kilometer mächtig, unter den Kontinenten dagegen kann sie 30 40 Kilometer dick werden, unter den Gebirgen sogar bis zu 60 Kilometer Mächtigkeit erreichen. Die dünne ozeanische Kruste besteht aus schweren vulkanischen Ergussgesteinen, vor allem Basalt. Die dickere kontinentale Kruste setzt sich aus leichteren Gesteinen zusammen: Aus Tiefengesteinen wie Granit, metamorphen Gesteinen wie Gneis, und Sedimentgesteinen wie Sandstein. An der Grenze zwischen Erdkruste und Erdmantel steigt die Dichte der Gesteine sprunghaft an. Diese Grenze heißt Mohorovicic-Diskontinuität oder kurz: Moho. Der Dichtesprung der Moho, die Grenze zwischen Erdkruste und Erdmantel also, liegt innerhalb der Lithosphäre, aus der die Erdplatten bestehen. Die Lithosphäre reicht bis in eine Tiefe von 70 bis 200 Kilometern und umfasst außer der Erdkruste auch die festen Gesteine des obersten Erdmantels. Die Lithosphären-Platten sind in ständiger Bewegung: Sie schwimmen auf einer weichen, teilweise schmelzflüssigen Unterlage, der Asthenosphäre. Die Konvektionsströme im Erdmantel wirken gleichsam als Motoren der Plattenbewegungen.
46 02428 (FWU) / 978-3-623-42859-8 (Klett-Perthes) Plattentektonik Seite 3/8 Dehnungszonen: Grabenbildung 2:40 min Aus aufsteigenden Konvektionsströmen kann glutflüssiges Magma nach oben steigen. Die Gesteinshülle wird aufgewölbt, gedehnt und reißt schließlich auf. Durch den Riss drängt Gesteinsschmelze an die Erdoberfläche Vulkanausbrüche sind die Folge. Der Riss weitet sich zum Graben ein Grabenbruch entsteht. Diese Grabenbildung bezeichnet man als Rifting, den Graben selbst als Rift Valley. Ein Beispiel dafür gibt es vor unserer Haustür: Im Oberrheintal. Es ist Teil einer 2000 Kilometer langen Bruchzone, die Westeuropa durchzieht, vom Mittelmeer bis zur Nordsee. Vor rund 40 Millionen Jahre begann hier die Eurasische Platte aufzubrechen. Schwarzwald und Vogesen bilden die Flanken des Grabenbruchs, der sich derzeit nicht mehr weitet. Der Kaiserstuhl, ein heute erloschener Vulkan, sitzt mitten im Graben. Das markanteste Beispiel für ein Rift Valley ist das Ostafrikanische Grabensystem. Zahlreiche Vulkane markieren die Dehnungszone, an der sich die Afrikanische Platte spaltet. Im Nordosten Afrikas findet das System seine Fortsetzung im Roten Meer. Die Dehnung ist hier schon so weit fortgeschritten, der Grabenboden so tief abgesunken, dass das Meer eindringen konnte. Wenn die Dehnung fortdauert, wird der Ostteil Afrikas einmal als selbstständige Landmasse vom Hauptkontinent getrennt sein Getrennt durch einen ständig weiter werdenden Ozean ähnlich dem heutigen Atlantik. Dehnungszonen: Seafloor Spreading 3:20 min Den Atlantik durchzieht von Norden bis Süden ein lang gezogenes vulkanisches Gebirge, der Mittelatlantische Rücken. Er bildet die Grenze zwischen Eurasischer und Afrikanischer Platte (im Osten) und den beiden Amerikanischen Platten (im Westen). Im Scheitel des Mittelatlantischen Rückens dringt unaufhörlich Magma hoch, das die Platten auseinander treibt. Mit dem Erkalten schweißt sich das Magma an die Plattenränder an und lässt so unter dem Meer neue Plattenteile entstehen: ozeanische Plattenteile.
46 02428 (FWU) / 978-3-623-42859-8 (Klett-Perthes) Plattentektonik Seite 4/8 Seafloor Spreading nennt man diesen Vorgang, der den Atlantik jedes Jahr um einige Zentimeter weiter werden lässt. Mehrfach seitlich versetzt, durchzieht der Mittelatlantische Rücken den Atlantik. Nur an einer einzigen Stelle taucht er aus dem Meer: In Island. Das Seafloor Spreading wurde vor allem durch die Tiefseebohrungen des amerikanischen Forschungsschiffes Glomar Challenger belegt. Man stellte fest, dass das Alter der Ozeanböden mit der Entfernung zum Mittelatlantischen Rücken nach beiden Seiten zunimmt. Ein wichtiger Beweis für das Seafloor Spraeding war die Entdeckung der Magnetstreifen-Muster in den vulkanischen Gesteinen beiderseits des Mittelatlantischen Rückens. Die Magnetstreifen zeigen die Orientierung der eisenhaltigen Magnetitkristalle in den Gesteinen an. Diese Kristalle richten sich in einer Gesteinsschmelze wie Kompassnadeln nach dem Magnetfeld der Erde aus. Beim Erstarren der Schmelze wird die Richtung des Magnetfeldes gleichsam im Gestein eingefroren. Verblüffenderweise sind die Magnetitkristalle in den Vulkangesteinen nicht immer nach dem heutigen normalen Magnetfeld ausgerichtet, sondern oft genau umgekehrt, um 180 Grad gedreht. Das bedeutet, dass sich das Magnetfeld der Erde im Lauf der Erdgeschichte immer wieder umgepolt hat. Die Ursache dafür ist bis heute nicht sicher bekannt. Die Magnetstreifen mit ihren wechselnden Richtungen sind symmetrisch zum Mittelatlantischen Rücken angeordnet. Ihr Alter nimmt mit der Entfernung vom Kamm des Gebirges zu. Dies beweist, dass im Scheitel des Mittelatlantischen Rückens ständig neues Magma hoch dringt, erstarrt und als neuer Ozeanboden mit fortschreitender Dehnung vom Rücken wegwandert. Die wichtigsten aktiven Dehnungs-Zonen der Erde finden sich im Ostpazifik, im Indischen Ozean, in Ostafrika und vor allem im Atlantik. Abtauchzonen: Subduktion 1:50 min An Dehnungszonen bildet sich ständig neue Lithosphäre. An anderen Stellen der Erde verschwindet sie wieder. Dies geschieht in Abtauchzonen, die an den tiefsten Stellen der Ozeane liegen, den Tiefseerinnen. Dort tauchen die schweren ozeanischen Plattenteile unter leichtere kontinentale Plattenteile ab. Diesen Vorgang nennt man Subduktion. Die abtauchenden Plattenteile werden in der Tiefe langsam aufgeschmolzen. Dabei entstehen gasreiche Schmelzen, die nach oben drängen. Die Folge ist ein heftiger Vulkanismus mit explosiven Ausbrüchen.
46 02428 (FWU) / 978-3-623-42859-8 (Klett-Perthes) Plattentektonik Seite 5/8 Die Erkenntnis, dass ozeanische Plattenteile unter kontinentale Plattenteile abtauchen, beruht auf der Entdeckung, dass sich die Erdbebenherde dort auf einer geneigten Fläche anordnen, die das Abtauchen der Platte nachzeichnet. Der Geophysiker Benioff, nach dem diese Zonen benannt sind, erkannte als erster die Bedeutung dieser Erscheinung. Aus den Tiefen der Erdbebenherde lässt sich die Neigung der abtauchenden Platte ermitteln. Und es wird erklärbar, warum noch in 700 Kilometern Tiefe, im Bereich des zäh plastischen Erdmantels also, Erdbeben auftreten, die ja nur in festen Gesteinsmassen entstehen können. Abtauchzonen: Kollision 1:20 min Geht der Abtauchvorgang weiter, dann werden die ozeanischen Plattenteile allmählich ganz verschluckt. Jetzt nähern sich zwei kontinentale Plattenränder bis sie schließlich aufeinander treffen. Die leichten kontinentalen Plattenteile lassen sich nicht nach unten drücken. Es kommt zum Zusammenstoß, zur Kollision. Die Plattenränder verkeilen sich ineinander und schieben sich zu Falten- und Überschiebungsgebirgen auf. Auf diese Weise ist, beim Zusammenstoß der Indischen und der Eurasischen Platte, das Himalaya- Gebirge entstanden. Und so sind auch, beim Aufeinandertreffen der Afrikanischen und der Eurasischen Platte, die Gebirge rund ums Mittelmeer aufgeschoben worden. Verschiebungsspalten 1:50 min In den Abtauchzonen schieben sich Platten übereinander, in den Dehnungszonen der Erde driften sie voneinander weg. Diese Vorgänge der Subduktion und des Seafloor Spreadings haben Ausgleichsbewegungen zur Folge, bei denen sich Plattenränder gegeneinander verschieben. Dies geschieht an Verschiebungsspalten oder Transform-Störungen zum Beispiel in Kalifornien. Dort verschieben sich an der San-Andreas-Spalte die Pazifische und die Nordamerikanische Platte gegeneinander. Häufige Erdbeben begleiten diesen Vorgang. An den Rändern der Erdspalte lassen sich die Verschiebungsbeträge ablesen. Da die Gleitflächen uneben sind, verhaken sich die Plattenränder immer wieder. Spannungen bauen sich auf, die sich ruckartig lösen, wenn die Kräfte zu groß geworden sind.
46 02428 (FWU) / 978-3-623-42859-8 (Klett-Perthes) Plattentektonik Seite 6/8 Die plötzlichen Entspannungsbewegungen verursachen die Erdbeben im Gebiet um die San-Andreas- Spalte. Die Erschütterungen breiten sich in Form von Erdbebenwellen nach allen Richtungen aus. Der Erdbebenherd, von dem das Erdbeben ausgeht, heißt Hypozentrum. Der Punkt darüber an der Erdoberfläche, wird Epizentrum genannt. Der Wilson-Zyklus 3:50 min Mit Hilfe der Theorie der Plattentektonik lässt sich erklären, wie Ozeane und Gebirge entstehen. Anhand typischer Beispiele auf der ganzen Erde lassen sich die einzelnen Stadien der Plattenbewegungen in einer bestimmten Abfolge ordnen. Es beginnt damit, dass irgendwo ein Kontinent auseinander bricht. Vulkanismus begleitet diesen Vorgang. Es entsteht ein Grabenbruch! Typische Beispiele sind der Oberrhein-Graben und das Ostafrikanische Grabensystem. Weitet sich der Graben und sinkt ein, so wird sein Boden vom Meer überflutet. In diesem Stadium befindet sich heute das Rote Meer. Das am Meeresgrund austretende Magma schiebt die kontinentalen Plattenränder auseinander und baut neue ozeanische Plattenteile an wie im Atlantik! Am Plattenriss entlang baut sich ein Gebirge aus erstarrtem Vulkangestein auf, ein Mittelozeanischer Rücken. Mit fortschreitender Dehnung weitet sich das Meer zum Ozean. Wenn der Ozeanboden durch Seafloor Spreading hinreichend groß geworden ist, kann es an den Kontinenträndern zur Subduktion kommen. Dies geschieht in den Tiefseerinnen der Meere. Dort tauchen ozeanische Plattenteile unter einen kontinentalen Plattenrand ab, den sie lange vor sich her geschoben haben. Die aktivsten Subduktionszonen mit heftigen Vulkanausbrüchen finden sich im Pazifischen Ozean. Durch Subduktion verkleinert sich ein Ozean. Je mehr die ozeanischen Plattenteile verschluckt werden, desto mehr nähern sich die kontinentalen Plattenteile einander. Schließlich kann es zum Zusammenstoß, zur Kollision, kommen. Die Kontinentalplatten verkeilen sich ineinander und schieben sich zu Gebirgen auf.
46 02428 (FWU) / 978-3-623-42859-8 (Klett-Perthes) Plattentektonik Seite 7/8 Auf solche Weise ist der Gebirgszug des Himalaya entstanden. Diese verschiedenen Stadien der Plattenbewegungen fasst man unter dem Begriff Wilson-Zyklus zusammen. Plattenwanderung 4:20 min Der deutsche Geophysiker und Meteorologe Alfred Wegener veröffentlichte 1915 seine berühmte Hypothese über die Kontinentalverschiebung. Er schloss aufgrund der Küstenformen von Südamerika und Afrika, dass diese Erdteile einmal zusammen gelegen haben. Und er fand Beweise dafür: Versteinerungen eines kleinen, krokodilähnlichen Reptils namens Mesosaurus z. B., das nur in Südamerika und in Südafrika vorkam; oder die Spuren einer Eiszeit, die vor rund 300 Millionen Jahren den Süden beider Erdteile überzog; oder die versteinerten Abdrücke von Blättern einer kälteliebende Pflanze: Glossopteris. Moderne Forschungsergebnisse haben Alfred Wegeners noch unvollkommene Vorstellungen ergänzt und korrigiert. Sie ermöglichen es, die Wanderungen der Erdplatten bis weit in die Erdgeschichte zurückzuverfolgen. Vor ca. 300 Millionen Jahren waren Afrika und Amerika Teil eines riesigen Superkontinents Pangäa. Seinen Nordteil nennen die Wissenschaftler Laurasia, den Südteil Gondwana. Vor rund 200 Millionen Jahren beginnt Pangäa, zu zerfallen. Zuerst löst sich die Nordamerikanische Platte von Pangäa ab, der Atlantik öffnet sich anfangs nur im Norden. Auch Indien löst sich vom Superkontinent und wandert nordwärts. Als die Afrikanische und die Südamerikanische Platte beginnen, auseinanderzudriften, öffnet sich der Süd-Atlantik. Der ozeanische Teil der Indischen Platte taucht unter die Eurasische Platte ab. Dann kommt es zum Zusammenstoß der kontinentalen Plattenteile zur Kollision von Indien und Asien, die zur Auffaltung des Himalayas führt. Auch Afrika und Europa haben sich einander genähert. Auch hier treffen zwei Kontinente aufeinander. Dabei zerbricht der Mittelmeerraum in eine Reihe von Mikroplatten und ringsherum werden die Gebirgsketten des Atlas, der Pyrenäen, der Alpen, des Apennin, der Dinariden, der Karpaten und des Kaukasus aufgeschoben.
46 02428 (FWU) / 978-3-623-42859-8 (Klett-Perthes) Plattentektonik Seite 8/8 Diese Bewegungen dauern heute noch an; noch immer heben sich auch die Alpen. Wie wird sich das Bild der Erde in den nächsten Jahrmillionen wandeln? Das Rote Meer wird sich vermutlich zum Ozean weiten. Ostafrika könnte sich abspalten und nach Nordosten wandern. Vielleicht bricht auch entlang des Oberrhein-Grabens Europa einmal auseinander.