Plattentektonik, Geologie und Krustenverformung

Mittelozeanischer Rücken (MOR) und Meeresboden

Der Mittelozeanische Rücken (MOR) ist ein unterseeischer Gebirgszug, der sich 2 bis 3 km über die abyssale Ebene erhebt und in regelmäßigen Abständen von Transformstörungen unterbrochen wird. Der MOR weist eine zentrale Furche auf: den Grabenbruch (Rift).

Alle Gesteine des Meeresbodens sind jünger als 185 Millionen Jahre (m.a.). Zum Vergleich: Die Erde ist etwa 4500 m.a. alt, und die Entwicklung der Kontinente begann vor etwa 3800 m.a.

Wichtige Beobachtungen zur ozeanischen Kruste

1. Gesteine am Rücken: Die Basalte am Mittelozeanischen Rücken sind jünger als eine Million Jahre und gelten als Gesteine der Gegenwart.
2. Alterung der ozeanischen Kruste: Das Alter der Basalte nimmt mit der Entfernung vom Rücken zu, was eine nahezu symmetrische Verteilung ermöglicht.
3. Sedimentmächtigkeit: Die Mächtigkeit der Sedimente steht in direktem Zusammenhang mit dem Alter des Meeresbodens.

Verteilung von Vulkanen und Erdbeben

Vulkane und Erdbeben sind interne geologische Prozesse, die durch thermische Energie aus dem Erdinneren angetrieben werden. Die Darstellung dieser Ereignisse auf einer Karte zeigt, dass:

• Vulkane und Erdbeben nicht gleichmäßig verteilt sind, sondern sich in besonderer Weise konzentrieren.
• Es viele Orte gibt, an denen sich seismische und vulkanische Aktivität überschneiden.

Erste Schlussfolgerungen

Es gibt geologisch sehr aktive Gebiete, während andere sehr stabil sind. Dies impliziert, dass sich große Materialmassen relativ zueinander bewegen müssen.

Lithosphärische Plattengrenzen

Die Grenze zwischen zwei Platten wird als Plattenrand oder Plattengrenze bezeichnet. Es werden drei Haupttypen unterschieden:

1. Ozeanische Rücken (Divergierende Grenzen): Grenzen, an denen neue ozeanische Lithosphäre generiert wird.
2. Subduktionszonen (Konvergierende Grenzen): Grenzen, an denen Lithosphäre zerstört wird, indem eine Platte unter die andere abtaucht.
3. Transformstörungen (Konservierende Grenzen): Grenzen, an denen weder Lithosphäre erzeugt noch zerstört wird, sondern sich die Platten seitlich aneinander vorbeibewegen.

Die Plattenränder begrenzen sieben große Platten (Eurasische, Afrikanische, Indo-Australische, Pazifische, Nordamerikanische, Südamerikanische, Antarktische) sowie kleinere Platten (z. B. Nazca, Karibische oder Arabische Platte).

Antriebskräfte der Plattenbewegung

Konvektionsströme: Eine Flüssigkeit dehnt sich beim Erwärmen aus, verliert an Dichte und steigt auf. In Bereichen geringerer Temperatur kühlt sie ab und sinkt wieder ab. Die Plattenbewegung wird durch die thermische Energie aus dem Erdinneren und die Schwerkraft angetrieben.

Prozess der Ozeanbildung (Kontinentalspaltung)

Wie spaltet man einen Kontinent?

Aus dem tiefen Erdmantel steigen Säulen heißen Materials (Mantelplumes) auf. Ihre geringere Dichte ermöglicht es ihnen, sich ihren Weg durch die Basis der Lithosphäre zu bahnen.

Schritte der Ozeanbildung

1. Aufwölbung der Lithosphäre: Die Lithosphäre wölbt sich unter dem Druck der Mantelplumes auf.
2. Riftbildung: Die Entstehung von Spannungen in der oberen Kruste führt zu Brüchen und zur Bildung eines Grabenbruchs (Rift Valley).
3. Bildung der ozeanischen Lithosphäre: Magma tritt aus den Brüchen im Grabenbruch aus und verfestigt sich. Das Tal weitet sich, die kontinentalen Blöcke trennen sich, und es beginnt sich ozeanische Lithosphäre zu bilden. So entsteht zunächst ein schmales Meer.
4. Entstehung des Ozeans: Wenn der Prozess der Neubildung der Lithosphäre anhält, entsteht ein großer Ozean.

Zusammenfassung der Plattentektonik

Die Plattentektonik erklärt die Bewegungen der Ozeane und Kontinente sowie den Ursprung von Vulkanen, Erdbeben und Gebirgsketten. Die Theorie basiert auf folgenden Ideen:

• Die Lithosphäre ist in eine Reihe starrer Teile, die Lithosphärenplatten, gegliedert.
• Die Ränder der Platten sind die aktiven Zonen (Rücken, Subduktionszonen und Transformstörungen).
• Die ozeanische Lithosphäre wird ständig erneuert, während die kontinentale Lithosphäre permanent ist.
• Die Lithosphärenplatten bewegen sich über dem plastischen sublithosphärischen Mantel.
• Die Verschiebungen der Lithosphärenplatten werden durch thermische Energie und Schwerkraft verursacht.
• Die Erde hat nicht nur ihre Position, sondern auch ihre Form, Größe und die Anzahl der Platten verändert.

Geologische Verformungen und Falten

Als Verformung (Deformation) wird die Veränderung der Lage, Form und des Volumens von Gesteinen bezeichnet, die durch Beanspruchung erfahren wird.

Arten von Verformungen

• Elastische Verformung: Das Gestein verformt sich, kehrt aber in seine ursprüngliche Form zurück.
• Plastische Verformung: Das Gestein verformt sich dauerhaft und ist nicht reversibel.
• Bruch: Bei Überschreitung der Belastungsgrenze bricht das Gestein.

Elemente einer Falte

Axialebene:

Die Ebene, die die Falte in zwei Hälften teilt.

Faltenscharnier:

Die Zone der maximalen Krümmung der Falte.

Faltenachse:

Die Schnittlinie der Axialebene mit dem Scharnier.

Flanken:

Die Seiten auf beiden Seiten des Scharniers.

Kern (Nukleus):

Die innerste Zone der Falte.

Falttypen

• Antiklinale: Eine Falte, deren Kern die ältesten Gesteinsmaterialien enthält (konvex nach oben).
• Synklinale: Eine Falte, deren Kern die jüngsten Gesteinsmaterialien enthält (konkav nach oben).
• Aufrechte Falte (Rektalfalte): Die Axialebene steht senkrecht (90°).
• Geneigte Falte: Die Axialebene liegt zwischen 85° und 10°.
• Liegende Falte: Die Axialebene liegt bei 10° oder weniger.
• Überkippte Falte: Eine Falte, deren Axialebene um mehr als 90° gedreht ist.
• Symmetrische Falte: Die Axialebene teilt die Falte in zwei symmetrische Hälften.
• Asymmetrische Falte: Die Axialebene teilt die Falte in zwei unsymmetrische Hälften.

Diaklasen und Störungen (Verwerfungen)

Diaklasen (Kluftsysteme)

Diaklasen sind Brüche in Gesteinen, bei denen keine oder nur eine minimale Verschiebung stattgefunden hat. Sie gruppieren sich oft zu Diaklasensystemen.

Störungen (Verwerfungen)

Störungen sind Brüche, bei denen eine Verschiebung des Gesteins in Bezug auf einen anderen Gesteinsblock stattgefunden hat.

Störungsfläche (Bruchfläche):

Die Fläche des Bruchs.

Störungsschollen (Lippen):

Die beiden Gesteinsblöcke, die durch den Bruch getrennt wurden.

Versatz:

Das Maß der Verschiebung.

Orientierung der Störung:

Richtung und Neigung der Störungsfläche.

Strukturformen durch Störungen

• Graben: Eine abgesunkene Scholle, die durch parallele Störungen begrenzt wird.
• Horst (Tektonische Säule): Eine angehobene Scholle, die durch parallele Störungen begrenzt wird.

Gebirgsbildung (Orogenese)

Ein Orogen ist ein Gebirgszug, der aus gefalteten und gebrochenen magmatischen, metamorphen und sedimentären Gesteinen besteht.

Bildung einer Gebirgskette (Akkretion)

1. Formation des Akkretionsprismas: Die meisten Sedimente, die die ozeanische Lithosphäre trägt, werden nicht subduziert. Sie werden an der Vorderseite der kontinentalen Platte gestapelt, gefaltet und gebrochen, wodurch das Akkretionsprisma entsteht.
2. Magmatismus und Metamorphose: Die Anwesenheit von Wasser und Wärme begünstigt die partielle Schmelze von Gesteinen. Magmen steigen auf. Einige erreichen die Erdoberfläche, andere verbleiben in der Tiefe und tragen zur Verdickung der kontinentalen Kruste bei. Hohe Drücke und Temperaturen begünstigen die Metamorphose der Gesteine.
3. Hebung des Orogens: Die sichtbare Hebung ist das Ergebnis zweier Prozesse: der Verdickung der kontinentalen Kruste und der isostatischen Hebung.

Prozess der Kontinentalen Kollision

1. Ozeanische Subduktion: In einer ersten Phase taucht die ozeanische Lithosphäre ab, was zur Ansammlung und Faltung von Sedimenten führt.
2. Schließung des Ozeanbeckens: Es kommt ein Zeitpunkt, an dem der gesamte Abschnitt der ozeanischen Lithosphäre verbraucht ist und die kontinentale Kruste die Subduktionszone erreicht. Kontinentales Material ist weniger dicht, weshalb es schwierig ist, es in den Mantel einzuführen. Die Dicke der kontinentalen Lithosphäre erschwert die Subduktion zusätzlich.
3. Kontinentale Kollision: Die beiden Kontinente kollidieren. Die Materialien werden komprimiert, gefaltet, gebrochen und angehoben. Wenn der Prozess kontinuierlich abläuft, kann die Einbettung eines Kontinents in den anderen zu einer Verdoppelung der kontinentalen Kruste in diesem Bereich führen. Die isostatische Hebung wird entsprechend wichtig.