Gliederung
- Einleitung
- Definition „Plattentektonik“
- Mechanismen der Plattentektonik
- Vergangene und zukünftige Entwicklung der Land- und Meeresverteilung
- Hot Spots
- Plattengrenzen und ihre Dynamik
- Fazit
- Literaturverzeichnis
1 Einleitung
Es gibt aktuell verschiedene Forschungen im Bereich der Plattentektonik von unterschiedlichen Institutionen. Eine Institution ist die Alfred Wegener Stiftung in Bremerhaven, benannt nach dem Gründer der Theorie der Kontinentalverschiebung. (https://www.awi.de/forschung/geowissenschaften/geophysik.html) Dort geht es um die Erforschung des Untergrunds vom Meeresboden bishin zum Erdmantel. Ziel dieser Untersuchung ist es, Erkenntnisse über die Prozesse des Antriebs von Kontinentaldrifts, sowie über die Beeinflussung des Klimas, durch das Öffnen von verschiedenen Meeresstrassen zu gewinnen. Im speziellen werden hier die Polarregionen untersucht. Des Weiteren gibt es auch die „University of Birmingham“ die im Bereich der Tektonik weiter forscht. (https://www.birmingham.ac.uk/research/activity/earth-sciences/platetectonics/index.aspx) In ihrem Forschungsprojekt, beschäftigen sie sich mit der Struktur und Entwicklung von Plattengrenzen und ihren Prozessen. Der Zusammenhang von Mantel- und Oberflächenprozessen ist auch ein Aspekt der dabei untersucht wird. Dabei wird sowohl im globalen, als auch im lokalen Maßstab geforscht. Unterstütz wird die Forschung unter anderem durch seismische Bildgebung von Erdbeben und Paläomagnetismus, der den Magnetismus an Gesteinen misst (AWI o.J., University of Birmingham o.J.).
Ziel dieser Arbeit ist es die Grundbausteine, also die Prozesse die für die Landschaftsformen verantwortlich sind, sowie die Entstehung der Landschaftsformen in Hinblick auf die heutige Forschung darzustellen und zu analysieren. Der Aufbau der Arbeit ergibt sich wie folgt: Auf eine kurze Einführung zum Begriff Plattentektonik, folgen die Mechanismen die die Platten antreiben. Ein Überblick über die zeitliche Veränderung der Land- und Meeresverteilung wird im Weiteren geschaffen. Anschließend werden die Plattengrenzen und die dort entstehende Dynamik erläutert. Am Ende werden die wichtigsten Erkenntnisse der Plattentektonik aus der Arbeit aufgenommen, bewertet und im Fazit zusammengebracht.
2 Definition Plattentektonik
Plattentektonik ist eine kinematische Theorie, die sich mit der Entstehung von Oberflächenphänomenen und Landformen auseinandersetzt. Es handelt sich hierbei um eine kinematische Theorie, da diese Phänomene aus der großräumigen und unterirdischen Bewegung der Erde resultieren. Die äußere Erdhülle, welche auch als Lithosphäre bezeichnet wird, besteht aus vielen kleinen und großen starren Platten die auseinandergebrochen sind. Begrenzt wird diese durch die Asthenosphäre, die 100 bis 200 Kilometer tief in den Bereich des Erdmantels reicht und auf der sich die Lithosphärenplatten bewegen. Prozesse zwischen der Asthenosphäre und der Lithosphäre führen dazu, dass sich die Platten in unterschiedlicher Geschwindigkeit 2 bis 15 cm pro Jahr verschieben. Man bezeichnet diese Platten als tektonische Platten. An sogenannten Plattengrenzen kommt es dann zu Interaktionen der Platten, welche sich dann als Vulkane, Berge, Inselketten, Tiefseegräben und Sedimentbecken zeigen. Die Position der Plattengrenzen lässt sich somit, durch diese Phänomene lokalisieren (Boyden et al. 2011, National Geographic o.J.).
3 Mechanismen der Plattentektonik
Der Auslöser für die Plattenbewegung ist zum einen der Wärmefluss von Kern und Mantel, der die Hauptfunktion darstellt und zum anderen die aktive Funktion der Platten im Konvektionssystem. Ein Beispiel für eine aktive Funktion ist die Subduktion, bei der eine Platte unter eine andere gedrückt wird. Bei der Mantelkonvektion wird die Hitze aus dem Erdinneren, die durch den Zerfall radioaktiver Elemente verstärkt wird, freigesetzt und nach oben transportiert. Heiße Materie, welche eine geringere Dichte vorweist steigt zur Oberfläche auf und kalte sinkt zum Erdkern runter. Dieser Prozess, der auch thermische Konvektion genannt wird, führt auf Grund der Temperaturunterschiede zu einer thermischen Ausbreitung der Lithosphärenplatten (Burg 2011, DLR o.J.).
Der Wärmefluss vom Erdkern bis zum Erdmantel wird dabei im folgenden Video dargestellt.
4 Vergangene und zukünftige Entwicklung der Land- und Meeresverteilung
Im zeitlichen Verlauf der Entwicklung der Verteilung der Erde von Landmassen und Ozeanen hat man festgestellt, dass es vor Milionen von Jahren einen Superkontinent namens Pangäa gab. Ein Superkontinent wird als solcher bezeichnet, wenn eine starre Anordnung der meisten kontinentalen Landmassen auf der Erde vorliegt. Pangäa existierte vom späten Karbon, 325 Millionen Jahre vor heute, bis in die Zeit des Juras, 150 Millionen Jahre vor heute. Dieser bestand aus 75 bis 90% aus der Kontinentalkruste und gilt somit als Vergleichsgröße für andere Superkontinente. Vor dem jüngsten Superkontinent Pangäa, lassen sich Vermutungen über ältere Superkontinente aufstellen. Bei diesen handelt es sich besipielsweise um Rodinia und Columbia. Nach aktuellen Erkenntnissen geht man davon aus, dass Superkontinente in einem Intervall von 750 Millionen Jahren auftreten (Meert 2012 : 987 f.).
Das folgende Video zeigt die Verteilung der Kontinente auf der Erde von vor 200 Millionen Jahren und deren voraussichtliche Entwicklung in den nächsten 50 Millionen Jahren.
(https://www.youtube.com/watch?v=_0tejKld8Yk)
Zu dem Zusammenschluss und dem Auseinanderbrechen der Kontinente wurde folgende These aufgestellt: „Bottom-Up Plattentektonik domiert bei der Verschmelzung zu einem Superkontinent, wohingegen die Top-Down Plattentektonik die Hauptursache für das Auseinanderbrechen des Kontinents ist.“ Bottom-Up bezieht sich dabei auf den Prozess der Mantelkonvektion und Top-Down auf die Subduktion, sowie das minimale heben und senken der Platte (Keppie 2016 : 265). Diese Prozesse prognostizieren in ca. 200 Millionen Jahren einen weiteren Superkontinent. Der „Amasia“ im Norden oder der „Aurica“ in der Äquatorregion (Keppie 2016 : 265 ff., Vieweg 2020).
4.1 Wegeners Theorie
Alfred Wegener war ein Geophysiker und Meteorologe, der die Theorie der Kontinentalverschiebung aufgestellt hat. Kontinentalverschiebung, auch Kontinentaldrift genannt, bezeichnet die Bewegung, den Zusammenschluss und das Aufspalten der Kontinente. Sie soll die Erklärung von ähnlichen Gesteinsformationen, gleichartigen Tier- und Pflanzenfossilien auf den verschiedenen Kontinenten liefern. Die Herkunft von Süßwasserreptilien wie der Mesosaurier und fossilen Pflanzen lag in der Perm-Zeit in Südamerika und Afrika. Die Verbreitung dieser Arten auf verschiedenen Kontinenten, sowie die Tatsache, dass die Karroo-Schichten (bestimmte Sedimentabfolge aus dichtem Sandstein) Südafrikas und die Santa-Carina-Felsen in Brasilien wie Puzzleteile zueinander passen, stützen die These. In den 1950er und 60er Jahren kam es durch neue Daten, zu einem Bedeutungsgewinn der Theorie, dass die heutige Land- und Meerverteilung, Fragmente des Superkontinents Pangäa darstellen (Live Science 2017, National Geographic o.J.).
4.2 Wilson Zyklus
Auf Grund von neuen Daten wie den Meeresbodenkarten, die massive weltweite Unterwassergebirge zeigten und magnetische Daten vom Meeresboden, sowie das festgestellte junge Alter der ozeanischen Kruste, führten zu einer Weiterentwicklung von Wegeners These. Diese wurde vom kanadischen Geowissenschaftler John Tuzo Wilson 1980 in Form des Wilson Zyklus umgesetzt. Der Zyklus beschreibt das Öffnen und Schließen von Ozeanbecken und parallel das Auseinanderbrechen von Superkontinenten. Er wird in sechs Phasen unterteilt, die in mehreren Millionen Jahren ablaufen. In der ersten Phase geht es um die Dispersion, die die Rissbildung eines Kontinentes beschreibt. Diese wird vermutlich durch Hot Spots ausgelöst, ein Ort im Erdmantel mit hoher Temperatur, welche die Lithosphärenplatten zum schmelzen bringen. Darauf folgt die Ausbreitung des Meeresbodens mit der Bildung eines jungen neuen Ozeans. Der Riss dehnt sich weiter aus und wird durch das stetige Absinken des Grabenbodens überflutet. Auf Grund von stetig steigendem Magma am Meeresboden entsteht dann neuer ozeanischer Boden. Dies wird auch als Seafloor-Spreading bezeichnet. Die dritte Phase beschreibt die aus dem Kontinentaldrift entstandenen großen ozeanischen Becken. Auf Grund von Subduktionsprozessen, vor allem an Rändern von Meeresbecken, kommt es im weiteren Verlauf zu einer flächenhaften Abnahme der Ozeane. Mit dem Prozess, der Subduktion von ozeanischen Lithosphärenplatten, kommt es anschließend zu der Schließung von ozeanischen Becken. In der letzten Phase kollidieren dann zwei Kontinentalplatten, die zur erneuten Schließung von ozeanischen Becken führen (National Geographic o.J., Wilson et al. 2019). Die Kernelemente dieser These sind folgende: „Plattentektonik, das Öffnen und Schließen von Ozeanen, sowie Mantelwolken“ (Wilson 2019). Bei der Plattentektonik ist der Unterschied zu Wegeners Theorie, dass es nicht nur Platten von den Kontinenten gibt, sondern viele verschiedene Platten. Der wichtigste Treiber ist die Manteldynamik mit den Mantelwolken, bei der extrem heißes Gestein im Erdmantel konvergiert (Wilson 2019).
5 Hot Spots
Wilson beschäftigte sich auch mit der Frage, warum Vulkane nicht nur an den Grenzen von Platten entstehen, sondern auch weit von diesen entfernt. Die Lösung Wilsons 1963 war, dass Inselketten wie Hawaii, durch feste Hot Spots im Erdmantel entstanden sind. Diese sind Regionen des Erdmantels, an denen Magma zur Erdoberfläche aufsteigt. Bewegen sich ozeanische Platten über einen Hot Spot, dann entstehen der Bewegung entsprechend, nacheinander kleinräumige Ketten von Vulkaninseln. Auslöser dieser Hot Spots sind Mantelwolken, die sich pilzformartig mit den geschmolzenen Gesteinen bis zur Grenze von Kern und Mantel ausbreiten (ESKP o.J., National Geographic o.J., Sobolev & Steinberger 2012 : 56 f.).
6 Plattengrenzen und ihre Dynamik
Auf der Oberfläche der Erde gibt es viele verschiedene Lithosphärenplatten, die sich über die Asthenosphäre bewegen und von Konvektionsströmen geleitet werden. Es handelt sich dabei um eine horizontale Verschiebung der starren Festkörper in Form von Platten. Wenn zwei oder mehrere Platten an den Rändern und somit an den Grenzen zusammentreffen kommt es zu Platzproblemen an den Plattengrenzen. Energie entsteht, die in Form von Erdbeben durch ein Auseinanderdriften, kollidieren und durch ein Übereinanderschieben der Platten spürbar wird. Auch genannt als Divergenz, Konvergenz und Blattverschiebung. Dazu kommt es durch zwei Faktoren, die den Drift und somit die Bewegung verursachen. Der eine ist das aufsteigende Magma unter den Plattengrenzen, was dazu führt, dass die Platten auseinander driften. Und zum anderen Subduktionsprozesse einer entfernten gegenüberliegenden Platte. Die Platte wird somit vom Ausbreitungszentrum weggezogen. An den Plattengrenzen ist fast die gesamte tektonische Aktivität vorzufinden. Auf Grund dieser Grenzen kommt es zu Deformationen von Gestein, die sekundäre Strukturen wie zum Beispiel Berglandschaften hervorrufen (Burg 2011 : 110 f., ESKP o.J.).
Diese Grenzen werden in der folgenden Abbildung dargestellt und zeigen die weltweite Verteilung von divergenten und konvergenten Prozessen an den Plattengrenzen.
6.1 Divergente Plattengrenzen
Bei der Divergenz driften zwei Platten auseinander und ermöglichen dadurch die Bildung einer ozeanischen Platte. Bei dem Prozess werden die Platten auseinandergerissen und Spalten entstehen. Heißes Mantelgestein gelangt somit nah an die Manteloberfläche. An einzelnen Stellen kommt es zu einer Verdünnung der Platten, die die Bildung eines Grabens begünstigen. Der Riss wird im zeitlichen Verlauf immer weiter aufbrechen und ein Meer erschaffen. Ein Beispiel dafür sind die arabischen Halbinseln und Afrika, welche durch das Rote Meer geteilt sind. Das Rote Meer ist dabei ein Beispiel für die Entstehung einer neuen ozeanischen Platte. Vor allem an solchen Zonen findet man mehr als die Hälfte von vulkanischer Aktivität, aber auch die aktivsten Vulkane der Welt. Große entstandene Vulkane in Deutschland sind dabei der Kaiserstuhl, der Vogelberg, sowie Hegau und Eifel (Burg 2011 : 110 f., ESKP o.J.).
6.1.1 Kontinentales Rifting
Kontinentales Rifting beschreibt die Entstehung von Bewegung bei dem Auseinanderbrechen der kontinentalen Platten. Man unterscheidet dabei zwischen passiven und aktiven Rifts. Passive Rifts, auch Lithosphären-aktivierter Rift genannt, sind Rifts die durch tektonische Kräfte zur Ausdehnung der Lithosphäre führen. Merkmale dafür sind schmale Gräben, klastisches Gestein und junger Vulkanismus. Beispiele dafür sind der Baikal- und der Rheingraben, die wenig vulkanische Gesteine und ein assymetrisches System vorweisen. Beim aktiven beziehungsweise mantel-aktivierten Rift sind Manteldiapire Ursache für die Entstehung eines Grabens. Manteldiapire werden mit Hot-Spot Vulkanismus gleichgesetzt, da diese an von Hot Spots ausgedünnter Lithosphäre auftreten und diese Aufwölben. Merkmale sind hoher Vulkanismus, Bruchbildung, Erosion und regionale Diskordanz, die in Form von unregelmäßig geschichteten Gesteinen sichtbar wird. Beispiel dafür ist der Ostafrikanische Graben, der ein symetrisches System und viel Vulkanismus aufweist (Burg 2011 : 113 f.).
6.1.2 Mittelozeanischer Rücken
Der divergente Prozess zwischen zwei kontinentalen Platten impliziert die Bildung von Ozeanbecken, welcher zur Entstehung von mittelozeanischen Rücken führt. Mit einer Länge von ca. 60.000 Kilometern stellt der mittelozeanische Rücken am Meeresboden, die weltweit längste Vulkankette dar. An dieser Stelle bildet sich stetig neue ozeanische Erdkruste. Man spricht dabei von Ozeanspreizung. Lava steigt innerhalb einer 20 bis 30 Kilometer breiten Öffnung zwischen den divergierenden Platten aus. Neu entstandene ozeanische Platten sind jung, dünn und heiß, wodurch sie Auftrieb bekommen und zu einer Relieferhöhung des Ozeanbodens führen. Einem ozeanischen Gebirgsrücken-System. Diese Platten bewegen sich von dem Rücken in unterschiedlicher Geschwindigkeit weg. Es wird zwischen langsamer und schneller Ausbreitungsgeschwindigkeit der Rücken unterschieden. Je langsamer die Ausbreitung, desto höher und schroffer die Topographie. Bei dem Atlantik handelt es sich um einen langsamen Rücken und bei dem Ostpazifik um einen schnellen (Burg 2011 : 117 ff., Mahlke et al 2011 : 124).
6.2 Konvergente Plattengrenzen
Konvergenz beschreibt den Vorgang bei dem sich zwei Platten aufeinander zubewegen. Wenn sie aufeinanderprallen entstehen Kollisionszonen, durch fehlenden Platz zum ausweichen beziehungsweise fortbewegen. Es gibt zwei Arten von Konvergenz in der Plattentektonik. Zum einen die Subduktion, bei der die ozeanische Platte unter die kontinentale Platte taucht und zum anderen die Kontinent-Kontinent-Kollision, bei der die Kontinentalplatten zusammenstossen. Die Art des Zusammenstossens ist somit abhängig von dem Alter und der Zusammensetzung der Platten (ESKP o.J.).
6.2.1 Subduktionszonen
Subduktionszonen wie der pazifische Feuerring entstehen, wenn eine ozeanische Platte unter eine kontinentale Zone driftet. Infolge der hohen Dichte der ozeanischen Platte und Konvektionsströme an der Kontaktfläche von den Platten, wird diese mit Meerwasser und Sedimenten nach unten gesogen. Hitze und Druck die dabei entstehen führen zu Freisetzung von Flüssigkeiten wie Wasser und Gasen, die in Form von Vulkanen beispielsweise in Neuseeland deutlich werden. Auch bei zwei ozeanischen Platten ist der Prozess ähnlich. Die ältere und dichtere Platte wird unter die jüngere, weniger dichte Platte subduziert und verursacht die Bildung von vulkanischen Inselbögen im Ozean, wie die Aleuten. Bei dem sinken der Platte in den Mantel, beginnt diese zu schmelzen und formt somit das Ausgangsmaterial, die die Vulkanketten vergrößert. Die Subduktion beinhaltet auch die Entstehung von Tiefseerinnen. Tiefseerinnen sind schmal, v-förmig und ca. 100 Kilometer breit mit einer Tiefe von ca. 10 Kilometern unter Normalnull. Sie markieren die Grenze zwischen der sinkenden und überlagernden Platte und befinden sich 50 bis 250 Kilometer vom Inselbogen entfernt. Die tiefste Tiefseerinne ist mit 11.034 Metern der Marianngraben (Burg 2011 : 118 f., ESKP o.J.).
6.2.2 Kontinent-Kontinent-Kollision
Kontinent-Kontinent-Kollision bezeichnet das Zusammenschmelzen zweier kontinentaler Platten, zu einem Kontinent. Hier kommt es zu keiner Subduktion, da die kontinentalen Platten einen zu hohen Auftrieb haben. Bei dem Zusammenstoss wird so viel Druck erzeugt, dass dieser in Form von Bewegung nach oben gedrückt wird und somit entweicht. Ein Gebirgsgürtel entsteht. Je stärker die Lithosphärenplatten sind, desto enger und höher ist die Orogenese und somit die Gebirgsbildung. Beispiele dafür sind der Himalaya resultierend aus der Kollision Indiens mit Eurasien und die Alpen durch die Kollision Afrikas mit Europa. Charakteristisch für diese Art von Kollision sind die Krustenwurzeln unter den Gebirgen. Die Masse wächst im Vergleich 5 bis 7 Mal schneller in die Tiefe als in die Höhe (Burg 2011 : 122 f., ESKP o.J.).
6.3 Blattverschiebung
Im Gegensatz zu der Konvergenz und Divergenz driften bei der Blattverschiebung die Platten nicht aufeinander zu, sondern aneinander vorbei. An dem Punkt wo sich die beiden Platten treffen, spricht man von Transform-Grenzen. Die Platten an diesen Grenzen nennt man auch konservierende Platten, da weder Plattenmaterial zerstört wird, noch neues entsteht. Allerdings führt die Reibung der beiden Platten zu Erdbeben, wie bei der San-Andreas-Verwerfung, die eine Transformstörung aufzeigt (Burg 2011 : 125).
7 Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Forschung im Bereich der Plattentektonik mit der Grundlage von Wegeners Theorie seit den 1960er Jahren immer weiter voranschreitet. Es lassen sich bereits die vergangenen und zu erwartenden Land- und Meeresverteilungen mit Hilfe des heutigen Wissens rekonstruieren und vorhersagen. Ursache für die aktuelle Land- und Meeresverteilung liegt dabei bei der Mantelkonvergenz und bei den aktiven Platten. Man geht allerdings davon aus, dass der Faktor „Mantelkonvergenz“ für das Zusammenwachsen und Auseinanderbrechen der Kontinente der ausschlaggebende ist. Insgesamt lässt sich jedoch festhalten, dass durch die Bewegung der Platten, besonders an den Plattengrenzen, Veränderungen in der Landschaft entstehen. Plattengrenzen lassen sich somit vor allem an Hand von Vulkanen, Erdbeben, Tiefseerinnen und Gebirgen ausmachen. Die Art der Landschaftsentwicklung trägt somit dazu bei, die entsprechende Plattengrenze vor Ort zu erahnen. Trotz alledem lässt sich nicht genau sagen, wie die zukünftige Entwicklung der Land- und Meeresverteilung aussehen wird. Es könnten eventuell neue oder andere Prozesse auftreten, die die Erde weiter verformen. Dies wird sich allerdings erst in der Zukunft, durch weitere Forschungsprojekte herausstellen.
Abschließend werden in dem folgenden Video nochmal wesentliche Aspekte der Plattentektonik zusammengefasst.
8 Literaturverzeichnis
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