Gesteinskreislauf, Erdaufbau & Plattentektonik Grundlagen

Der Gesteinskreislauf

Der Gesteinskreislauf ist die Gesamtheit der Prozesse, die Gesteine verändern, sie in Sedimente umwandeln und aus diesen neue Gesteine bilden.

Prozesse an der Erdoberfläche

An der Oberfläche führen Verwitterung und Erosion zur Zerstörung von Gesteinen und deren Umwandlung in Sedimente. Diese werden durch geologische Agenten (Wind, Wasser, Eis) transportiert und in Sedimentbecken abgelagert.

Prozesse im Erdinneren

Im Erdinneren sind Materialien hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt. Sedimente können hier zu Gesteinen umgewandelt werden.

• Druck: Steigt mit der Tiefe durch das Gewicht der überlagernden Gesteine.
• Temperatur: Steigt mit der Tiefe (geothermischer Gradient).
• Spannungen: Kompressions- und Dehnungsspannungen, verursacht durch Bewegungen im Erdmantel, verformen das Material der Kruste.

Gesteinsbildungsprozesse im Erdinneren

• Diagenese: Umwandlung von Sedimenten in Sedimentgesteine durch Druck und Temperatur.
• Metamorphose: Veränderungen, die Gesteine durch hohe Temperaturen und/oder Druck erfahren, ohne dabei aufzuschmelzen. So entstehen metamorphe Gesteine.
• Magmatismus: Bildung von Gesteinen aus geschmolzenem Material (Magma oder Lava). So entstehen magmatische Gesteine.

Der geothermische Gradient und die innere Erdenergie

Der Temperaturanstieg im Erdinneren wird als geothermischer Gradient bezeichnet.

Quellen der inneren Erdenergie:

• Einschläge von Meteoriten: Kinetische Energie wird in Wärme umgewandelt (primär in der Frühphase der Erde).
• Zerfall radioaktiver Elemente: Erzeugt Wärme durch schnelle Teilchen.
• Absinken dichteren Materials: Gravitationsenergie wird in Wärme umgewandelt (primär bei der Kernbildung).

Zusammensetzung und Struktur der Erde

• Kruste:

  • Kontinentale Kruste: Besteht hauptsächlich aus Granit und ist oft von Sedimentgesteinen und Lockergestein unterschiedlicher Dicke bedeckt.
  • Ozeanische Kruste: Bildet den Meeresboden und besteht hauptsächlich aus Basalt und Gabbro.

• Mantel:

  • Oberer Mantel: Von der Basis der Kruste bis ca. 670 km Tiefe.
  • Unterer Mantel: Von ca. 670 km Tiefe bis zur Kern-Mantel-Grenze.

• Kern:

  • Äußerer Kern: Flüssig.
  • Innerer Kern: Eine Kugel mit ca. 1220 km Radius, die fest ist.

Die Lithosphäre und seismische Diskontinuitäten

Die Lithosphäre ist der äußerste, feste Teil der Erde, bestehend aus der Kruste und dem obersten Teil des oberen Mantels.

• Kontinentale Lithosphäre: Besteht aus kontinentaler Kruste und dem obersten Teil des oberen Mantels.
• Ozeanische Lithosphäre: Besteht aus ozeanischer Kruste und dem obersten Teil des oberen Mantels.

Seismische Diskontinuitäten:

• Mohorovičić-Diskontinuität (Moho): Liegt zwischen Kruste und Mantel.
• Repetti-Diskontinuität: Trennt den oberen vom unteren Mantel.
• Gutenberg-Diskontinuität: Trennt den Mantel vom äußeren Kern.
• Lehmann-Diskontinuität: Trennt den äußeren vom inneren Kern.

Alfred Wegener und die Kontinentaldrift

Im Jahr 1912 postulierte Alfred Wegener in seinem Buch "Die Entstehung der Kontinente und Ozeane", dass sich die Kontinente bewegen können und vor etwa 300 Millionen Jahren zu einer einzigen Landmasse, Pangäa, vereint waren. Er nahm an, dass die Kontinente über den Meeresboden "drifteten", konnte aber die treibende Kraft nicht überzeugend erklären und spekulierte über die Erdrotation als mögliche Ursache.

Harry Hess und die Spreizung des Meeresbodens

Harry Hess schlug vor, dass die Mittelozeanischen Rücken Zonen der Neubildung ozeanischer Kruste sind und dass dieses Material durch neu entstehendes Material weggeschoben wird, wodurch sich die Ozeanböden ausdehnen.

Magnetische Streifenmuster am Meeresboden

Das Erdmagnetfeld ist nicht stabil und kehrt seine Polarität periodisch um, sodass der magnetische Nordpol und Südpol ihre Positionen tauschen.

Diese Umpolungen des Magnetfeldes werden in vulkanischem Gestein, das Minerale wie Magnetit enthält, aufgezeichnet.

Die Asthenosphäre

Joseph Barrell postulierte die Existenz der Asthenosphäre als Zone, die Bewegungen ermöglicht. Mit der Entwicklung der Plattentektonik wurde diese plastische Schicht zentral für das Verständnis der Plattenbewegungen.

Die Lithosphärenplatten

Die Erdoberfläche wird von Lithosphärenplatten bedeckt.

• Ozeanische Platten: Bestehen hauptsächlich aus ozeanischer Lithosphäre. Beispiele sind die Pazifische Platte, die Kokosplatte und die Nazca-Platte.
• Kontinentale Platten: Bestehen hauptsächlich aus kontinentaler Lithosphäre. Ein Beispiel ist die Arabische Platte.
• Gemischte Platten: Enthalten sowohl kontinentale als auch ozeanische Lithosphäre. Die meisten großen Platten, wie die Eurasische Platte, sind gemischt.

Fast die gesamte Erdoberfläche wird von sieben großen gemischten Platten dominiert: Nordamerikanische, Südamerikanische, Afrikanische, Eurasische, Pazifische, Antarktische und Australische Platte.

Relative Bewegungen an Plattengrenzen

Plattengrenzen sind Zonen, an denen zwei oder mehr Platten aufeinandertreffen und interagieren. Dies führt zu intensiver geologischer Aktivität wie Vulkanismus, Erdbeben (Seismizität), Verformung und Umwandlung von Gesteinen.

Es gibt drei Haupttypen von Plattenbewegungen:

• divergent (auseinander)
• konvergent (aufeinander zu)
• konservativ (aneinander vorbei, Transformstörungen)

Konstruktive Plattengrenzen: Mittelozeanische Rücken

Merkmale:

• Sind Bruchzonen von Tausenden Kilometern Länge, an denen heißes Mantelmaterial aufsteigt und intensiven Spaltenvulkanismus verursacht.
• Der Vulkanismus erzeugt große Mengen Basalt, wodurch neue ozeanische Kruste gebildet wird.
• Konvektionsströme im Mantel erzeugen Zugspannungen, die dazu neigen, die beiden Seiten der Bruchzone auseinanderzuziehen. Aufsteigendes basaltisches Magma füllt die entstehenden Spalten und ermöglicht so die kontinuierliche Neubildung.
• Der Druck des aufsteigenden Magmas hebt die Ränder der Bruchzone an und formt so die Topographie des Mittelozeanischen Rückens.
• In den Riftzonen ist die Kruste dünn und stark zerbrochen. Meerwasser dringt ein, wird erhitzt und tritt als heiße hydrothermale Quellen wieder aus.