(3) Plattentektonik.pdf

# Grundlagen der Plattentektonik und ihre Erforschung Die Plattentektonik ist ein grundlegendes geologisches Konzept, das die Bewegung und Interaktion der starren äußeren Hülle der Erde, der Lithosphäre, beschreibt. Ihre Erforschung hat sich über Jahrzehnte entwickelt, beginnend mit Hinweisen auf Kontinentalverschiebungen bis hin zur modernen Theorie, die durch vielfältige empirische Beweise gestützt wird [11](#page=11) [3](#page=3). ### 1.1 Frühe hinweise auf kontinentalverschiebung Bereits früh gab es Beobachtungen, die auf eine Bewegung der Kontinente hindeuteten. Auffällig war beispielsweise die Übereinstimmung von Fossilienfunden auf den Kontinenten Afrika und Südamerika, was auf eine frühere gemeinsame Landmasse schließen ließ [4](#page=4). ### 1.2 Wegeners theorie von pangäa Alfred Wegener stellte 1915 die Theorie der Kontinentalverschiebung auf, die besagte, dass die heutigen Kontinente aus einem einzigen Superkontinent namens Pangäa (griechisch für "Gesamterde") entstanden sind. Er postulierte, dass sich die Kontinente auf einem weichen Substrat bewegen. Seine Theorie stieß zunächst auf heftige Diskussionen [4](#page=4) [5](#page=5). > **Tip:** Die heutige Akzeptanz der Plattentektonik beruht auf einer Vielzahl von Beweisen, die Wegeners ursprüngliche Idee untermauerten und erweiterten [3](#page=3) [4](#page=4) [66](#page=66). ### 1.3 Empirische beweise für die plattentektonik #### 1.3.1 Magnetische untersuchungen an vulkanen Studien an vulkanischen Gesteinen, insbesondere an Lavaströmen, lieferten wichtige Erkenntnisse. Wenn Lava abkühlt und unterhalb der sogenannten Curie-Temperatur liegt, richten sich magnetische Minerale, wie z.B. Magnetit (Fe$_{3}$O$_{4}$), nach dem dann herrschenden Erdmagnetfeld aus und "frieren" diese Ausrichtung ein. Die Analyse von Lagen verschieden alter Lava-Ablagerungen ergab eine Abfolge von Magnetfeldausrichtungen, die wiederholte Umpolungen des Erdmagnetfeldes um 180 Grad zeigten [6](#page=6). #### 1.3.2 Magnetische anomalien bei island und streifenmuster Bei magnetischen Untersuchungen rund um Island wurde festgestellt, dass die magnetischen Anomalien symmetrisch zum mittelatlantischen Rücken verliefen. Dieses Phänomen wird als "magnetisches Streifenmuster" bezeichnet [7](#page=7) [8](#page=8). > **Beispiel:** Die Entstehung magnetischer Streifenmuster wurde von Vine & Matthews erklärt [8](#page=8). #### 1.3.3 Entstehung magnetischer streifenmuster An ozeanischen Rücken wird ständig neue ozeanische Lithosphäre gebildet. Während das Magma aus dem Erdinneren aufsteigt und erstarrt, wird die bestehende Magnetfeldrichtung des Erdmagnetfeldes im neu gebildeten Gestein "eingefroren". Da das Erdmagnetfeld periodisch seine Polung ändert, entstehen auf beiden Seiten des mittelozeanischen Rückens spiegelsymmetrische Streifen mit alternierender magnetischer Polarität. Dies liefert ein klares Indiz für die Ausdehnung der ozeanischen Kruste an den mittelozeanischen Rücken [6](#page=6) [7](#page=7) [8](#page=8). #### 1.3.4 Wärmeflussmessungen Wärmeflussmessungen aus dem Erdinnern zeigten, dass der Wärmefluss an mittelozeanischen Rücken deutlich erhöht ist. Dies korreliert mit der Zone, in der neues ozeanisches Gestein gebildet wird [7](#page=7). #### 1.3.5 Bathymetrie der ozeane und mittelozeanische rücken Die bathymetrische Kartierung der Ozeanböden, maßgeblich durch Marie Tharp in den 1950er Jahren und später durch Heezen & Tharp in den 1970ern, deckte die Existenz von ausgedehnten mittelozeanischen Rücken auf. Diese Gebirgszüge sind charakteristisch für die mittelozeanischen Rücken und ein zentraler Bestandteil des Konzepts der Plattentektonik [10](#page=10) [9](#page=9). ### 1.4 Hauptbestandteile der theorie der plattentektonik Die Theorie der Plattentektonik basiert auf einigen zentralen Konzepten: * **Lithosphäre:** Die äußere, starre Hülle der Erde, die sowohl die Erdkruste als auch den festen oberen Teil des Erdmantels umfasst. Sie ist in einzelne lithosphärische Platten unterteilt [11](#page=11) [13](#page=13). * **Asthenosphäre:** Der darunterliegende, plastisch verformbare Teil des oberen Erdmantels. Die lithosphärischen Platten bewegen sich auf dieser weichen Schicht. Der Kontrast zwischen der starren Lithosphäre und der weichen Asthenosphäre ist entscheidend für die Plattenbewegung [11](#page=11) [13](#page=13). Die chemische Unterteilung der Erde beschreibt Kruste und Mantel während die physikalische Unterteilung die Lithosphäre und Asthenosphäre unterscheidet. Die lithosphärische Platte kann sowohl ozeanische als auch kontinentale Kruste umfassen [12](#page=12) [13](#page=13). ### 1.5 Bewegung von platten Die Bewegung der lithosphärischen Platten wird durch verschiedene Kräfte angetrieben, unter anderem durch Konvektionsströme im Erdmantel. Ortsfeste Manteldiapire, auch "mantle plumes" genannt, die an der Kern-Mantel-Grenze entstehen, spielen eine Rolle bei der Aufzeichnung und Beeinflussung der Plattenbewegung. Sie können beispielsweise Hot Spots bilden, die bei der Bewegung einer Platte über sie hinweg zu vulkanischen Ketten wie Hawaii führen [14](#page=14) [15](#page=15) [17](#page=17) [66](#page=66). > **Tip:** Die Verfolgung von Hot Spots über die Zeit hinweg ermöglicht es Geowissenschaftlern, die relative Bewegung und Geschwindigkeit von lithosphärischen Platten zu rekonstruieren [14](#page=14) [15](#page=15) [17](#page=17) [66](#page=66). --- # Plattengrenzen und ihre geologischen Prozesse Die Theorie der Plattentektonik beschreibt die Relativbewegung lithosphärischer Platten entlang von drei Haupttypen von Plattengrenzen: divergente, konvergente und transformative [19](#page=19). ### 2.1 Divergente Plattengrenzen An divergenten Plattengrenzen bewegen sich die Lithosphärenplatten voneinander weg. Dies führt zur Bildung neuer Lithosphäre, insbesondere an mittelozeanischen Rücken. Diese Rücken bilden ein globales System von etwa 60.000 km Länge und liegen in einer durchschnittlichen Wassertiefe von rund 2,5 km [19](#page=19) [20](#page=20) [22](#page=22). Das Gestein, das an diesen Grenzen gebildet wird, ist Basalt. Basalt ist ein magmatisches Gestein, das aus den Mineralen Plagioklas, Pyroxen und Olivin besteht [21](#page=21). Auch an Land können divergente Plattengrenzen auftreten, wo die Kruste auseinanderdriftet [23](#page=23) [24](#page=24) [25](#page=25). Die Altersbestimmung der Ozeanböden zeigt, dass ozeanische Lithosphäre an den mittelozeanischen Rücken erzeugt wird und wie ein Förderband wirkt, das die laterale Bewegung der Kontinente aufzeichnet. Es gibt keine ozeanische Kruste, die älter als etwa 180 Millionen Jahre ist, was auf den Prozess der ständigen Erneuerung der Lithosphäre im Ozean hinweist [26](#page=26) [28](#page=28) [60](#page=60). > **Tip:** Die Altersverteilung der ozeanischen Lithosphäre ist ein entscheidender Beleg für die Theorie der Plattentektonik und erklärt die Bewegung der Kontinente. ### 2.2 Konvergente Plattengrenzen An konvergenten Plattengrenzen wird ozeanische Lithosphäre zerstört, indem sie in große Tiefen transportiert wird; dieser Prozess wird als Subduktion bezeichnet [29](#page=29). #### 2.2.1 Subduktion ozeanische Platte unter kontinentale Platte Wenn eine ozeanische Platte unter eine kontinentale Platte subduziert, entstehen Schmelzen durch die freigesetzten Fluide der subduzierten Platte, die zur Schmelzbildung in der Asthenosphäre führen. Dieses Magma steigt durch die Lithosphäre auf und verursacht Vulkanismus in der Oberplatte. Der Pazifische „Feuerring“ ist ein bekanntes Beispiel für diese Art von Aktivität mit zahlreichen Vulkanen und Erdbeben [30](#page=30) [31](#page=31). #### 2.2.2 Subduktion ozeanische Platte unter ozeanische Platte Bei der Subduktion einer ozeanischen Platte unter eine andere ozeanische Platte entstehen ebenfalls Schmelzen, die zur Bildung eines Inselbogens führen [32](#page=32) [44](#page=44). > **Tip:** Die Dichte der lithosphärischen Platten ist entscheidend für die Richtung der Subduktion; dichtere Platten subduzieren unter weniger dichte Platten. Die Lithosphäre wird nach unten gezogen [29](#page=29) [33](#page=33). #### 2.2.3 Kollision kontinentale – kontinentale Platte Wenn zwei kontinentale Platten kollidieren, kommt es aufgrund der geringeren Dichte kontinentaler Kruste nicht zu einer einfachen Subduktion, sondern zur Bildung von gewaltigen Gebirgen, sogenannten Kollisionsgebirgen. Der Himalaya, der durch die Kollision Indiens mit Asien entstanden ist, und die Alpen, die aus der Kollision zwischen Europa und Afrika hervorgegangen sind, sind prominente Beispiele für solche Gebirgsbildungen. Fossilen von Muscheln, die in großen Höhen in den Alpen gefunden werden, zeugen von den geologischen Prozessen, die zur Entstehung dieser Gebirge führten. Die Geschwindigkeit der Kollision kann auch mit der Stärke von Erdbeben in Verbindung stehen [34](#page=34) [35](#page=35) [36](#page=36) [37](#page=37) [38](#page=38) [39](#page=39) [49](#page=49). ### 2.3 Transform-Plattengrenzen An Transform-Plattengrenzen gleiten die Platten horizontal aneinander vorbei. Dabei wird weder neue Lithosphäre gebildet noch bestehende zerstört. Ein bekanntes Beispiel für eine Transform-Störung ist die San-Andreas-Verwerfung [40](#page=40) [41](#page=41) [42](#page=42) [43](#page=43) [45](#page=45) [46](#page=46) [47](#page=47) [48](#page=48). > **Example:** Die unterschiedlichen Plattengrenzen führen zu verschiedenen geologischen Phänomenen: Divergenz schafft neue Ozeanböden, Konvergenz zerstört Lithosphäre und baut Gebirge auf, während Transversalkontakte für horizontale Verschiebungen sorgen. Es gibt auch Vergleiche, die zeigen, dass sich der Atlantik vergrößert, während sich der Pazifik zusammenzieht, und dass das Mittelmeer durch konvergente Prozesse verschwunden ist. Dies unterstreicht die dynamische Natur der Plattentektonik und die globale Umgestaltung der Erdoberfläche über geologische Zeiträume [64](#page=64). --- # Ursachen der Plattenbewegung und Isostasie Dieser Abschnitt behandelt die grundlegenden Ursachen für die Bewegung der Lithosphärenplatten und das Konzept der Isostasie, das das hydrostatische Gleichgewicht von Lithosphärenblöcken auf der zähflüssigeren Asthenosphäre beschreibt. ### 3.1 Ursachen der plattentektonik Die Bewegung der tektonischen Platten wird durch verschiedene Kräfte angetrieben, wobei das sogenannte "Slab pull" als die wichtigste Kraft identifiziert wird. Zwei Hauptmechanismen werden hierbei diskutiert [51](#page=51): * **Ridge push**: Dies beschreibt die Kraft, die auf den mittelozeanischen Rücken wirkt. Durch die aufsteigende Magma an den mittelozeanischen Rücken wird frisches, heißes und somit weniger dichtes Gestein gebildet. Dieses aufgeschobene Material rutscht dann aufgrund der Schwerkraft und des höheren Alters und der damit verbundenen Dichte der ozeanischen Platte seitlich von den Rücken weg [51](#page=51). * **Slab pull**: Dies ist die treibende Kraft, die mit abtauchenden Lithosphärenplatten an Subduktionszonen verbunden ist. Wenn eine dichtere ozeanische Platte unter eine andere Platte abtaucht, zieht sie durch ihr eigenes Gewicht den Rest der Platte hinter sich her. Dieser Prozess ist aufgrund der großen Dichteunterschiede und der enormen Mengen an abtauchendem Material besonders wirkungsvoll [51](#page=51). ### 3.2 Isostasie Isostasie beschreibt das Schwimmgleichgewicht von Lithosphärenplatten auf der darunterliegenden, plastischen Asthenosphäre. Ähnlich wie Eis auf Wasser schwimmt, verhält sich die festere Lithosphäre auf der zähflüssigeren Asthenosphäre. Dieses Gleichgewicht führt zu Höhenunterschieden in der Erdkruste und erklärt das Aufsteigen oder Absinken von Gesteinsmassen [55](#page=55). #### 3.2.1 Grundlagen der Isostasie * **Schwimmgleichgewicht**: Eine Lithosphärenplatte befindet sich im isostatischen Gleichgewicht, wenn sie ein stabiles "Schwimm"-Niveau auf der Asthenosphäre erreicht hat und keine Ausgleichsbewegungen stattfinden [55](#page=55). * **Dichteunterschiede**: Die Dichte der ozeanischen Kruste ist höher als die der kontinentalen Kruste. Dies erklärt, warum kontinentale Kruste tendenziell "leichter" ist und auf der Asthenosphäre aufschwimmt [55](#page=55). * **Kompensationstiefe**: Das Prinzip der Isostasie besagt, dass die Masse pro Einheitsfläche über einer bestimmten "isostatischen Kompensationstiefe" identisch ist. Das bedeutet, dass eine größere Masse (z.B. ein Gebirge) bis in eine größere Tiefe reicht, um das hydrostatische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten [58](#page=58). #### 3.2.2 Entdeckung und Beobachtung der Isostasie Das Phänomen der Isostasie wurde unter anderem durch Beobachtungen im Himalaya deutlich. Die gemessene Ablenkung eines Gravimeters durch die immense Masse des Gebirges war geringer als erwartet. Dies deutete darauf hin, dass die Gebirgsmasse nicht nur an der Oberfläche aufliegt, sondern auch in die Tiefe hineinreicht, um ein Gleichgewicht mit der Asthenosphäre zu finden [57](#page=57) [58](#page=58). #### 3.2.3 Beispiele für isostatische Anpassungen Isostatische Anpassungen sind Prozesse, bei denen sich die Erdkruste als Reaktion auf Gewichtsveränderungen hebt oder senkt. * **Eislast und Absinken**: Wenn sich große Eismassen (z.B. während Eiszeiten) auf der Erdkruste ansammeln, üben sie Druck aus und führen zum Absinken der darunterliegenden Oberfläche. Dies wird als eine Bewegung von A nach B dargestellt [59](#page=59). * **Eisabschmelzen und Hebung**: Nach dem Abschmelzen von Eismassen wird die Kruste entlastet. Dies führt zu einer isostatischen Hebung, bei der sich die Oberfläche wieder nach oben bewegt. Ein klassisches Beispiel hierfür ist Skandinavien, das sich seit dem Ende der letzten Eiszeit kontinuierlich hebt, da es "wieder ins Schwimmgleichgewicht will" [59](#page=59). > **Tip:** Verstehen Sie Isostasie als ein dynamisches Gleichgewicht. Die Erdkruste passt sich ständig an veränderte Lasten an, um ihr hydrostatisches Gleichgewicht mit der Asthenosphäre zu wahren. Dies erklärt langsame, aber stetige Höhenveränderungen in verschiedenen Regionen der Erde. --- ## Häufige fehler vermeiden - Überprüfen Sie alle Themen gründlich vor Prüfungen - Achten Sie auf Formeln und wichtige Definitionen - Üben Sie mit den in jedem Abschnitt bereitgestellten Beispielen - Memorieren Sie nicht ohne die zugrunde liegenden Konzepte zu verstehen

| Term | Definition | |------|------------| | Plattentektonik | Eine geowissenschaftliche Theorie, die erklärt, wie die äußere Hülle der Erde, die Lithosphäre, in mehrere große und kleinere Platten unterteilt ist, die sich auf der zähflüssigen Asthenosphäre bewegen und dabei geologische Phänomene wie Erdbeben und Vulkanismus verursachen. | | Lithosphäre | Die starre, feste äußere Hülle der Erde, die sowohl die Erdkruste als auch den obersten Teil des Erdmantels umfasst und in tektonische Platten gegliedert ist. | | Asthenosphäre | Die plastische, zähflüssige Schicht des oberen Erdmantels unterhalb der Lithosphäre, auf der sich die tektonischen Platten bewegen. | | Pangäa | Ein Superkontinent, der vor etwa 335 bis 175 Millionen Jahren existierte und aus fast allen Landmassen der Erde bestand, bevor er sich in die heutigen Kontinente aufteilte. | | Mittelozeanischer Rücken | Eine untermeerische Gebirgskette, die sich über Tausende von Kilometern erstreckt und entlang der divergierenden Plattengrenzen liegt, wo neue ozeanische Lithosphäre gebildet wird. | | Magnetische Anomalien | Abweichungen vom erwarteten Erdmagnetfeld, die an den Meeresböden entlang der mittelozeanischen Rücken beobachtet werden und symmetrische Streifenmuster aufweisen, die die Umkehrung des Erdmagnetfeldes dokumentieren. | | Subduktion | Ein geologischer Prozess, bei dem eine tektonische Platte unter eine andere Platte abtaucht und in den Erdmantel absinkt, was typischerweise an konvergenten Plattengrenzen geschieht. | | Divergente Plattengrenze | Eine Plattengrenze, an der sich zwei tektonische Platten voneinander wegbewegen, was zur Bildung neuer Lithosphäre führt, oft an mittelozeanischen Rücken oder kontinentalen Riftzonen. | | Konvergente Plattengrenze | Eine Plattengrenze, an der sich zwei tektonische Platten aufeinander zubewegen, was zu Prozessen wie Subduktion oder Kollision führt und die Bildung von Tiefseegräben, Vulkanen und Gebirgen zur Folge hat. | | Transform-Plattengrenze | Eine Plattengrenze, an der sich zwei tektonische Platten horizontal aneinander vorbeigleiten, ohne dass Lithosphäre gebildet oder zerstört wird; dies führt oft zu Erdbeben entlang von Verwerfungen. | | Isostasie | Ein geologisches Prinzip, das besagt, dass die Lithosphäre auf der Asthenosphäre schwimmt und sich ihr Niveau anpasst, sodass die Masse pro Einheitsfläche über der isostatischen Kompensationstiefe annähernd konstant ist. | | Kontinentale Kruste | Die felsige Kruste, die die Kontinente bildet, typischerweise dicker und weniger dicht als die ozeanische Kruste. | | Ozeanische Kruste | Die felsige Kruste, die den Meeresboden bildet, typischerweise dünner und dichter als die kontinentale Kruste, hauptsächlich aus Basalt bestehend. | | Vulkanismus | Die Entstehung und Aktivität von Vulkanen, oft verbunden mit der Aufsteigung von Magma aus dem Erdinneren, insbesondere an Plattengrenzen wie divergierenden und konvergierenden Zonen. | | Erdbeben | Plötzliche Erschütterungen der Erdoberfläche, die durch die Freisetzung von Spannungsenergie in der Erdkruste verursacht werden, meist entlang von Verwerfungen an Plattengrenzen. | | Manteldiapir (Mantle Plume) | Ein aufsteigender Strom heißen Materials aus tiefen Regionen des Erdmantels, der an die Oberfläche gelangt und oft mit Hotspots und Vulkanismus in der Mitte von Platten verbunden ist. |