Plat­ten­tek­tonik und Vulka­nismus - Die alles erklä­rende Theorie - Eine Zusam­men­fas­sung

Plattentektonik und Vulkanismus

Plattentektonik - die alles erklärende Theorie

Inhalt

1             Plattentektonik - die alles erklärende Theorie  3

1.1          Kontinentaldrift 3

1.2          Seafloor-Spreading  3

1.3          Das Mosaik der Platten  4

1.3.1      Divergierende Plattengrenzen  4

1.3.2      Konvergierende Plattengrenzen  10

1.3.3      Transformstörungen  15

1.4          Terrane  17

1.5          Plattentektonik und Gebirgsbildung  17

1.5.1      Kontinent-Kontinent-Kollision  18

1.6          Geschwindigkeit und Geschichte der Plattenbewegungen  18

1.6.1     Magnetische Streifenmuster 18

1.6.2      Tiefseebohrungen  19

1.6.3      Bestimmung durch geodätische Verfahren  19

1.7          Was treibt die Platten an - Was bremst sie?  19

1.7.1      Seismische Tomographie  20

1.8          Passive Kontinentalränder und Tiefseebecken  21

1.8.1      stetige Absenkung der Kontinentränder 21

1.8.2      Sedimentfalle am passiven Kontinentalrand  21

1.8.3      Erdöllagerstätten - die wirtschaftliche Bedeutung passiver Kontinentalränder 21

1.8.4      Der Atlantik - ein Ozean öffnet sich auf umständliche Weise  22

1.8.5      große Tiefseebecken  22

1.9          Zusammenschluss und Auseinanderbrechen von Pangaea  23

1.10       Magmatische Gesteine: Gesteine aus Schmelzen  23

1.10.1    Chemische und Mineralogische Zusammensetzung  23

1.10.2    Formen Magmatischer Intrusionen  24

1.10.3    Magmatismus und Plattentektonik  24

1.11       Die Entwicklung der Kontinente  25

1.11.1    Das Wachstum der Kontinente  25

1.11.2    Der Wilson Zyklus  25

Plattentektonik - die alles erklärende Theorie

- Lithosphäre - starre äußere Schale

- Asthenosphäre - weniger starr, verhält sich duktil

- Theorie der Plattentektonik erklärt Verteilung vieler großräumiger geolog. Strukturen

            - Vulkane und Erdbeben

            - Gebirgsmassive

            - Gesteinsfamilien

            - Struktur des Meeresbodens

- umfassende Theorie erst vor 40Jahren formuliert

- Hinweise auf eine Drift der Kontinente jedoch schon früher gefunden

Erdkruste:

            - Form kontinentale Kruste durchschn. Mächtigkeit von 30-40km, unter Gebirgen und                            Hochplateaus bis 70km dick

            - aus ihr sind Kontinente und deren Schelfgebiete aufgebaut

                        - besteht aus relativ leichtem Material

                        - in oberer Kruste eher kieselsäurereich, SIO2 Anteil >65% (sauer)

                        - in tieferer Kruste eher kieselsäureärmer, (basisch)

                        - durchschn. Dichte 2,7-2,8mg/cm³ (ca. 60% SIO2-Anteil)

            - ozeanische Kruste bildet mit Mächtigkeit von ca. 5-8km die Ozeanböden

                        - besteht aus basischen Gesteinen (ca. 50% SIO2), ca. 3g/cm³

                        - obere Kruste ultrabasisch (ca. 42-45% SIO2), 3,2-3,3g/cm³

- unterschiedliche Geschwindigkeiten und Richtungen ergeben verschiedene Plattengrenzen

1.1      Kontinentaldrift

- im 16./17.Jhd wurde die Passgenauigkeit der Küstenlinien beidseits des Atlantiks erkannt

- Ende 19.Jhd. wurde zum ersten Mal ehemalige Existenz eines einzigen großen Kontinents formuliert

            - Gondwana

- 1915 Alfred Wegener bemerkenswerte Gleichartigkeit von Gesteinen, geolog. Strukturen, Fossilien      beidseits des Atlantiks

            - er sprach von Pangaea (Gesamterde) à zerbrach dann in die Kontinente wie sie heute sind

            - Fossilien und Klimadaten in Südamerika und Afrika unterstützten dies

            - Gesteine die vor 300Ma von Gletschern abgelagert wurden sind heute in Südamerika,                         Südafrika, Indien, A.....[Volltext lesen]

1.3.1.1.3 Gesteine der ozeanischen Kruste

- oberste basaltische Lage besteht aus Kissenlaven

- wenn Lava bei 1200°C untermeerisch austritt werden Lavatropfen von kühlem Wasser abgeschreckt und kugeligen oder länglichen Gebilden erstarrt

            - Kugel daher, da sie bei gegebenen Volumen kleinste Oberfläche hat und so                           wenigste Wärme abgibt

- Außen erstarrt Kugel zu basaltischem Glas, innen noch flüssig und verfestigt sich langsam

- Kissenlaven bilden über 1km mächtige Lage

- an Abhängen können sie bei anhaltender Lavazufuhr meterlange Schläuche statt Kissen          bilden

            - Schlauch wird an Untergrund durch etwas gebremst

            - Schlauchende wird von nachströmender Lava aufgebläht bis er platzt und neues                     Kissen oder Schlauch hervorgeht

            - Vorgang kann sich mehrfach wiederholen

1.3.1.1.4 schnell und langsam spreizende Rücken

- Topographie der MOR und viele Prozesse durch Wechselspiel zwischen Magmatismus und     Tektonik gesteuert

- schnell spreizender Rücken: mehrere cm/Jahr wie im Pazifik

            - Magmatismus dominiert

            - kompensiert fast komplette Auseinanderdrift der Platten

            - tektonische Dehnung i.d. Kruste tritt stark zurück

            - zentraler Graben fehlt

            - hohe Magmaproduktion füllt die Täler schnell wieder auf

                        - gleicht Relief im Dehnungsbereich des Rückens aus

- langsam spreizende Rücken: Atlantik

            - Dehnungstektonik spielt größere Rolle als Magmatismus

            - Dehnung nur zögernd vom Magmatismus ausgehend

            - Dehnung durch tektonische Prozesse entlang abschiebenden Störungen

            - tiefer zentralgraben und steile Flanken charakteristisch

1.3.1.1.5 Grabenbildung im Atlantik

- langsame Spreizung forciert zentrale Riftbildung wie im mittelatlantischen Rücken

            - zentrale Rifts ca. 2-10km breit

            - Grabenboden kann bis 1km gegen Flanken abgesenkt sein

            - vulkanisch aktive Zone in Grabenmitte ca. 1km breit

            - Sedimente im Graben max. wenige m hoch

                        - werden durch Strömungen in geschütztere Lagen verfrachtet

- Förderung der Laven erfolgt episodisch

- nach Lebensdauer von einigen 10.000Jahren erlöschen Vulkane

            - neue Spalten reißen auf die neue Vulkangebäude speisen

- Spalten und Risse an Grabenbrühen parallel zum Graben zeigen Dehnung quer zum     Graben an

- 60°geneigte Abschiebungen sind vor allem nahe der Grabenwände häufig

1.3.1.2 Divergenz auf den Kontinenten

- parallel verlaufende tektonische Grabensenken bei Plattentrennung auf Kontinenten

            - Bsp. Grabenbruchsystem Ostafrika

- Grabenbruch = schmal und lang gestreckte Struktur i.d. Erdkruste die an der Erdoberfläche    ihren Ausdruck in einer zentralen Einsenkung entlang der Grabenachse findet

- Grabenschultern flankieren den Graben, stellen hochgehobene Zonen dar, die steil nach          innen zum Grabenbruch abfallen und flache Abdeckung nach außen hin aufweisen

- Grabenbruch = Dehnungszonen i.d. Erdkruste und dem lithosphärischen Mantel dar à            Kruste bzw. Mantel werden ausgedünnt

- Grabenbruch in ozeanischer Kruste = MOR

- Dehungsbertäge unterschiedlich: 5km Oberrheingraben, 50km Rio-Grande-Rift(NewMex)

- kontinentale Grabenbrüche bis in 15km durch Bruchbildung = Erdbeben

            - dann plastische Verformung durch zunehmende Hitze

- Störungen/Verwerfungen der Oberkruste führen zur Einsenkung des Grabens

            - typischer Einfallswinkel 60°-65° zum Grabeninneren hin

            - Hangendblock wird zum liegenden Block relativ nach unten bewegt à Einsenkung                  des Grabens entsteht

            - Dehnung i.d. horizontalen Richtung senkrecht zur Grabenachse und Verkürzung i.d.                 vertikalen (= Krustendehnung und -ausdünnung)

- durch Dehnung der Lithosphäre steigt Asthenosphäre höher auf als unter Kontinenten üblich

- Ostafrikanisches Grabenbruchsystem (bekannteste)

- Oberrheingraben (von Transformstörung abgeschnitten und anderswo fortgesetzt)

- Basin-and-Range-Provinz (kein langegestreckter Grabenbruch sondern flächige           Krustenzerrung mit hintereinander gestaffelten Gräben)

1.3.1.2.1              aktive Grabenbrüche

- entstehen durch Aufdomung von Asthenosphäre. z.b. über heißem Fleck        (Mantelaufwölbung)

            - es entstehen Dehnungsstrukturen in darü.....

- nur ein Abschnitt eines großen Bruchsystems zwischen Rhonemündung und Nordsee

- Oberrheingraben weist parallel verlaufende Randstörungen und ziemlich konstante Breite von 36km     auf

- Störungen fallen nahe der Oberfläche zwischen 55° und 85° (Durchschnitt 60°-65°) ein

- Krustenausdünnung ca. 6-7km

- Beginn der Grabenbildung im Eozän ca. 45Mio Jahre

- Hebungen der Grabenschultern im Süden mehr als 2km

- Grabenschultern im Nordteil kaum ausgeprägt, dafür Eintiefung des Grabens insgesamt         größer à tertiäre Sedimentfüllung bis 3km mächtig

- dadurch topographischer Gradient entlang der Längsachse

- Einsenkung im Nordteil später als im Südteil

- Nördliche Fortsetzung des Oberrheingrabens ist die Niederrheinische Bucht

            - hat keine konstante Breite, öffnet sich nach NW

            - unter Niederrheinischen Bucht keine Mantelaufwölbung à passives Riftsegment

            - aktive Teil vor allem südlicher Oberrheingraben mit unterlagerndem Kissen

- südwestliche Transformstörung unterbricht Oberrhein- und Bressegraben

- südliche Fortsetzung des Oberrheingrabens der Bresse-Graben, geht nach Süden weiter in      den      Rhone-Graben

1.3.1.2.6.1          Magmatismus und Wärme im Oberrheingraben

- unter Oberrheingraben ist Temperatur an Obergrenze des Erdmantels mind. 200°C höher         als unter Grabenschulter im Schwarzwald 

- solche Wärmeanomalien können NICHT durch Wärmeleitung im Gestein selber erklärt werden

            - heiße zirkulierende Wasser sind verantwortlich die sich Störungssysteme als Wege                 zunutze Machen

            - durch sie sickert kaltes Oberflächenwasser in die Tiefe, wird dort aufgeheizt und                     steigt konvektiv wieder auf

                        - Konvektion = durch Wärme getriebene Umwälzung

            - Thermalquellen sind die Folge und Kurorte (z.B. Baden-Baden) siedeln sich an

- Anomalien vor allen an den Grabenrändern konzentriert, wo besonders zahlreiche und tiefgreifende Störungen das Zirkulieren des Wassers ermöglichen

1.3.1.2.7              Das Ostafrika.....

- durchschnittliche Dehnungsrate im Ostafrikanischen Grabenbruchsystem beträgt 0,4-  1mm/Jahr

1.3.1.2.7.1          Die Afar-Senke und das Rote Meer

- Afar-Senke dreieckiges Tiefland

            - Zentrum des dreiarmigen Grabensterns in dem das Ostafrikanische Grabensystem                  (Äthiopisches Rift), das Rote Meer, und der Golf von Aden zusammenlaufen

            - in Senke ist Übergang von kontinentalem Grabenbruch und einem sich öffnenden                   Ozean zu sehen

            - unter der Region befindet sich Manteldiapir, der kontinentale Kruste stark ausdünnt                 und zerstückelt

            - Krustendicke die im Hochland von Äthiopien noch 30-40km Dicke beträgt dünnt in                  der Senke auf 16km aus

- Rote Meer ist entstehender Ozean

            - weist Streifen ozeanischer Kruste von bis zu 100km breite auf der sich nach                           Abspaltung Arabiens von Afrika entlang konstruktiver Plattengrenze neu bildet

            - ozeanischen Streifen durchzieht bis zu 2000m tiefer zentraler Graben der                                 Plattengrenze markiert

            - Plattendivergenz im südlichen Roten Meer beträgt 1,4cm/Jahr und nimmt nach NW                  hin ab

            - Golf von Aden weiter geöffnetes ozeanisches Becken, findet im Indischen Ozean                   Fortsetzung

            - Ausbreitungsgeschwindigkeit entlang dieses Rückens nimmt in östlicher Richtung                   auf 7cm/Jahr zu

- Totale Trennung von kontinentalen krustenschollen von Afrika und Arabien verlagerte die         tektonische Aktivität von Grabenrand auf neue S.....

- Basin-and-Range-Provinz von Kissen anomal leichten, heißen Mantelmaterials unterlagert

- Basin-and-Range-Provinz liegt in Verlängerung des Ostpazifischen Rückens

            - Ostpazifischer Rücken stößt im Golf von Kalifornien auf San-Andreas-Verwerfung

            - Zone aufsteigender Mantelströme wurde vom nordamerikanischen Kontinent im                      Tertiär überfahren

                        - Wärmequelle des Ostpazifischen Rückens heizte Kruste darüber auf   

                        - Kruste kollabierte schließlich unter eigenem Gewicht

                        - Kollaps mit W-O-Dehnung verbunden

                        - in Oberkruste durch bruchhafte Verformung die für Entstehung zahlreicher                              Schollen verantwortlich ist die entlang Störungen verkippt wurden 

1.3.2    Konvergierende Plattengrenzen

- Subduktionszonen: 2 Platten konvergieren / bewegen sich aufeinander zu

- nur ozeanische Lithosphäre kann weit in den Erdmantel absinken und in ihm wieder     eingegliedert werden

- kontinentales krustenmaterial i.d.R. zu leicht um zu subduzieren

- durch Interaktion der Subduktionszone mit Asthenosphäre bilden sich Schmelzen die aufsteigen und Inselbögen und für Kontinentalränder typischen Vulkanismus speisen

- durch den durch Subduktion ausgehenden Magmatismus wird kontinentale Kruste       geschaffen die spezifisch leichter ist und als äußere Rinde der Erde erhalten bleibt

- ozeanische und ozeanische Lithosphäre

            - intra-o.....

            - Vorderseiten- oder Forearc-Becken Bereich vor der vulkanischen Zone

            - Vulkanische oder magmatische Boden

            - Rückseiten- oder Backarc-Becken

- topographischer Ausdruck von Subduktionszonen sind Tiefseerinnen

            - Ozeanische Lithosphäre im Bereich Tiefseerinne nach unten gezogen und taucht in                  Asthenosphäre ein

            - zwischen Tiefseeebene und Rand der Oberplatte entsteht tiefe Rinne

                        - südliche Marianenrinne mit mehr als 11.000m tiefste

- konvergierende Plattengrenzen verursachen höchste Reliefunterschiede der EOF

            - zwischen Tiefseerinne und Vulkankette sind Höhenunterschiede zwischen 10km                       keine Seltenheit

            - in Anden zwischen Richards-Ebene (-7636m) und Lullaillaco (+6723m - höchster                      aktiver Vulkan) Höhenunterschied von mehr als 14.000m

Vorseiten oder Forearc-Bereich

-       Vom Ozean kommend, der Bereich vor der vulkanischen Zone

-       Gegliedert in: Tiefseerinne, Anwachskeil, Äußerer Schwelle und Äußeres Becken

-       Zwischen Plattengrenze und der Magmatischen Zone

-       Zwischen 100 und 250 km breit

-       Auch bezeichnet als: Arc-Trench-Gap (Magmatische Lücke zwischen Rinne und Vulkanbogen), d.h. mit wenigen Ausnahmen frei von magmatischer Aktivität

-       Niedriges Temperaturregime der subduzierenden Platte lässt hier Magmabildung durch Aufschmelzung oder das Hochsteigen von Magmen aus tieferen Quellen nicht zu

Vulkanische.....