Mantelkonvektion und plattentreibende Kräfte

Die Plattenbewegung wird durch den langsamen konvektiven Umwälzung des Mantels aufrechterhalten, wobei das Absinken dichter subduzierter Platten und das gravitative Abrutschen der Platten von den Rücken die dominierenden Antriebskräfte darstellen.

Definition

Plattentreibende Kräfte sind die Gesamtheit der gravitativen und viskosen Kräfte – hauptsächlich Plattenzug, Rückenverschiebung und Mantelschleppung –, die aus der thermischen Konvektion im Mantel entstehen und die Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung lithosphärischer Platten steuern.

Scope

Dieses Thema behandelt die Dynamik hinter der Plattentektonik: thermische Konvektion im Mantel, das Gleichgewicht zwischen Plattenzug (Slab Pull), Rückenverschiebung (Ridge Push) und Basalschleppung (Basal Drag) sowie die Rolle von Mantelplumes. Es behandelt die physikalischen Antriebe der Plattenbewegung und ergänzt die kinematische Beschreibung der Plattengrenzen sowie die tiefergehenden Aspekte der Geophysik.

Core questions

• Ist die Mantelkonvektion eine Ganzmantelkonvektion oder geschichtet?
• Welche Kräfte dominieren die Plattenbewegung, und wie skalieren sie mit Plattenlänge und Plattenfläche?
• Wie stehen Mantelplumes zur Plattenkonvektion in Beziehung?

Key theories

Plattenzug als dominierende Antriebskraft

Forsyth und Uyeda zeigten durch Kraftbilanzanalyse, dass Platten, die an lange subduzierende Platten gebunden sind, sich am schnellsten bewegen, was darauf hindeutet, dass der Plattenzug der primäre Antrieb der Plattenbewegung ist, während Rückenverschiebung und Basalschleppung sekundär sind.

Mantelplume-Hypothese

Morgan schlug vor, dass schmale Aufwölbungen heißen Materials aus dem tiefen Mantel, die relativ zur Plattenbewegung fixiert sind, Hotspot-Vulkanismusspuren erzeugen und eine konvektive Komponente darstellen, die sich vom Platten-Maßstab-Fluss unterscheidet.

Mechanisms

Wärme aus dem Erdkern und aus radioaktivem Zerfall treibt das langsame Kriechen des festen Mantels an. Kalte, dichte ozeanische Lithosphäre sinkt an Subduktionszonen ab und zieht die nachfolgende Platte (Plattenzug); der erhöhte Rücken übt einen gravitativen Schub auf die Platte aus (Rückenverschiebung); und die viskose Kopplung zwischen der Plattenbasis und der darunterliegenden Mantelfluidströmung kann die Bewegung entweder antreiben oder ihr widerstehen. Lokalisierte Plumes fügen einen separaten, weitgehend vertikalen konvektiven Fluss hinzu.

Clinical relevance

Das Verständnis der Antriebskräfte erklärt, warum sich einige Platten schneller bewegen als andere, begrenzt Modelle langfristiger Meeresspiegel- und Klimaveränderungen, die durch sich ändernde Mantelflüsse angetrieben werden, und liefert Informationen für Interpretationen von Intraplattenvulkanismus und -hebung.

History

Arthur Holmes schlug in den 1930er Jahren die Mantelkonvektion als Antriebsmechanismus vor. Nachdem die Plattentektonik etabliert war, klärten quantitative Analysen in den 1970er Jahren – insbesondere die Kraftbilanzstudie von Forsyth und Uyeda und Morgans Plume-Hypothese – die relativen Beiträge der potenziellen Antriebskräfte.

Debates

Ganzmantelkonvektion versus geschichtete Konvektion

Ob der Mantel als einzelne Schicht oder als zwei getrennt zirkulierende Schichten konvektiert, ist seit langem umstritten; seismische Tomographie, die Platten zeigt, die in den unteren Mantel eindringen, favorisiert die Ganzmantelkonvektion, aber geochemische Reservoire deuten auf eine gewisse persistente Schichtung hin.

Key figures

• Donald Forsyth
• Seiya Uyeda
• W. Jason Morgan
• Arthur Holmes

Seminal works

• forsythuyeda1975
• morgan1971

Frequently asked questions

Was ist die Hauptkraft, die tektonische Platten bewegt?

Die meisten Belege deuten darauf hin, dass der Plattenzug – das Gewicht der kalten, dichten Lithosphäre, die an Subduktionszonen absinkt – die dominierende Antriebskraft ist, wobei Rückenverschiebung und Mantelschleppung kleinere Rollen spielen.