Plattentektonik & Lithosphäre: Prozesse, Grenzen und Folgen

Lithosphäre — Plattentektonik

Die thermischen Bewegungen im Erdinneren führen zu großen Veränderungen an der Oberfläche, die durch die Theorie der Plattentektonik erklärt werden. Diese Theorie besagt, dass die Lithosphäre in eine Reihe von Fragmenten gespalten ist, den sogenannten tektonischen Platten, die sich horizontal bewegen. Der Ursprung dieser Bewegung liegt in Konvektion und Subduktion. Zahlreiche Belege unterstützen diese Theorie, wie das Alter der ozeanischen Kruste, der Wärmestrom in die Meeresbecken und die Rekonstruktion der Fragmentierung von Pangea.

Arten der Plattengrenzen

Die Grenzen zwischen den Platten können drei Typen sein:

• Konstruktive Grenzen: Divergente Ränder, an denen neue Erdkruste entsteht. Sie entstehen, wenn zwei Platten auseinanderdriften und Magma austritt.
• Destruktive Grenzen: Konvergente Zonen, in denen Lithosphäre durch das Abtauchen einer Platte unter eine andere zerstört wird. Dieser Prozess heißt Subduktion.
• Transformstörungen (konservative Grenzen): Grenzen, an denen sich die Platten horizontal aneinander vorbeischieben. Die Brüche entlang dieser Zonen heißen Transformstörungen.

Entwicklung und Wilson-Zyklus

Lithosphärenplatten sind nicht statisch, sondern unterliegen einer ständigen Entwicklung. Es wird angenommen, dass diese Entwicklung folgendermaßen abläuft: Ein Kontinent bricht, oft durch die Wirkung eines heißen Punktes (Hotspot), der die Lithosphäre an dieser Stelle aufreißt, weil die Wärmeableitung dort gestört ist. Dadurch entsteht die Öffnung eines ozeanischen Beckens. Die beiden Ränder beginnen sich als einzelne Stücke zu entfernen, angetrieben durch die Injektion von geschmolzenem Material aus der Asthenosphäre, und so bildet sich ein Ozean.

Die Zufuhr von aufsteigendem Magma bewirkt Unterschiede in der Dicke und Dichte der Lithosphäre. An der Stelle, wo ozeanische und kontinentale Lithosphäre aufeinandertreffen, kann die ozeanische Lithosphäre eher abtauchen (subduzieren). Durch dieses Abtauchen nähern sich die Kontinente wieder an und verweben sich zu einer kontinentalen Naht — ein Prozess, der als Wilson-Zyklus bezeichnet wird.

Die Plattenbewegungen führen dazu, dass Kontinente kollidieren und verschweißt werden, wodurch sich Superkontinente bilden. In der Erdgeschichte sind solche großräumigen Strukturen immer wieder entstanden. Ein großer zusammenhängender Kontinent kann die Abkühlung des Erdmantels darunter behindern und dadurch eine Ansammlung von thermischer Energie begünstigen. Die Kollision kontinentaler Massen verursacht die Entstehung hoher Gebirge und beeinflusst Klima und Biosphäre.

Folgen der Plattentektonik

Mittelozeanische Rücken (Dorsalen)

Dorsal: Mittelozeanische Rücken sind längliche Unterwasserberge, die sich über den Meeresboden erstrecken und Orte sind, an denen magmatische Produkte an die Oberfläche gelangen. Sie können über 1.000 km breit und bis zu etwa 2.000 Meter hoch sein.

Transformstörungen

Transformstörungen: Diese Bruchzonen stehen meist senkrecht zur Achse des Rückens. In ihnen verschieben sich gegenüberliegende Blöcke horizontal. Spannungen bauen sich in diesen Zonen auf; wenn sie sich lösen, wird elastische Energie freigesetzt und es kommt zu Erdbeben.

Destruktive Grenzen und Subduktion

Destruktive Grenzen: Bei der Subduktion taucht ozeanische Lithosphäre unter kontinentale Kruste ab. Durch das allmähliche Abkühlen und Verdichten der ozeanischen Lithosphäre mit zunehmender Entfernung vom Rücken wird sie am Zusammenfluss mit einer anderen Platte in einer Tiefseerinne (Graben) versenkt. In diesem Graben sammeln sich oftmals Sedimente.

Die Subduktion führt in der Umgebung zu verschiedenen Erscheinungen:

• Seismizität: Durch die Reibung zwischen den Platten treten seismische Phänomene auf, besonders in Form von Tiefen- und Oberflächenbeben sowie durch kompressionsbedingte Erdbeben.
• Magmatismus: Reibung und Druck sowie das Aufschmelzen von subduzierter Lithosphäre und Sedimenten führen zur Bildung von Magma, das aufsteigen und Vulkane bilden kann.
• Metamorphose: In Subduktionszonen treten oft Metamorphosen bei relativ niedrigen Temperaturen und hohem Druck auf.

Das Ergebnis all dieser Prozesse ist die Bildung verschiedener Arten von Falten und orogenen Strukturen (Gebirgsbildung).

Verformung, Falten und Störungen

Verformung und Fehler: Gesteins- und Bodenmaterialien erfahren Verformung und Verschiebungen aufgrund der Mobilität der Lithosphäre. Die Verformung des Materials hängt von zahlreichen Faktoren ab. Da Gesteine aus unterschiedlichen Materialien bestehen und unterschiedliche Eigenschaften haben, variiert ihre Reaktion auf Belastungen; dies lässt sich in einer Spannungs-Dehnungs-Kurve darstellen.

Je nach Intensität der Belastung können Gesteine drei Arten der Verformung zeigen:

• Elastisch: In der Regel treten keine bleibenden Änderungen an den Gesteinen auf; nach Entlastung kehren sie in ihren ursprünglichen Zustand zurück.
• Plastisch: Dies führt zu bleibenden Verformungen, typischerweise zur Ausbildung von Falten.
• Brittle (Bruch): Brüchiges Verhalten führt zum Bruch. Dabei entstehen Verwerfungen (Fehler) und Klüfte.

Falten

Falten: Dies sind Verformungen, die durch Biegung oder Torsion der Gesteine entstehen. Sie werden durch auf sie wirkende Kräfte in einer meist näherungsweise horizontalen Ebene erzeugt.

Verwerfungen (Faults)

Fehler / Verwerfungen: Verwerfungen sind Bruchflächen im Gestein mit relativer Verschiebung der einzelnen Teile. Sie entstehen, wenn die auf die Gesteine wirkenden Spannungen über die plastische Grenze hinausgehen und zum Bruch führen. Verwerfungen können durch Dehnung (Normalverwerfungen) oder Kompression (Umkehr- bzw. Überschiebungsstörungen) entstehen.

Intraplatten-Prozesse und Hot-Spots

Intraplattenprozesse: Lithosphärenplatten sind relativ starr, doch gelegentlich wird die Platte von innerhalb her durch aufsteigendes, geschmolzenes Mantelmaterial durchsetzt. Die ozeanische Lithosphäre weist eine sehr ausgeprägte Topographie. Viele dieser Phänomene haben ihren Ursprung in der Asthenosphäre, wo große Mengen Magma über Leitungsbahnen an die Oberfläche gelangen.

Das ozeanische Intraplattenvulkanismus tritt häufig in Hot-Spot-Bereichen auf. Das sind Bereiche, in denen die Manteltemperatur lokal höher ist als in der Umgebung, sodass Schmelzvorgänge in Mantelmaterial stattfinden. Wenn diese Magmen nahe der Lithosphäre entstehen, kommt es zur Plattenperforation und das Magma kann die Oberfläche erreichen.

Das Hinterland erfährt mehr vulkanische und tektonische Veränderungen; an Stellen, an denen thermische Anomalien stark ausgeprägt sind und die Kruste relativ dünn ist, können sich vulkanische Spuren auch innerhalb eines Kontinents bilden.