Plattentektonik und Mantel-Dynamik

Die starre äußere Hülle der Erde ist in Platten zerbrochen, die sich über dem konvektierenden Mantel bewegen und an Rücken, Gräben und Transformstörungen interagieren, um die meisten Erdbeben, Vulkanismus und Gebirgsbildungen des Planeten zu verursachen.

Definition

Plattentektonik ist die Theorie, dass die Lithosphäre der Erde in starre Platten unterteilt ist, die sich relativ zueinander über der Asthenosphäre bewegen, wobei sich Verformungen an ihren Grenzen konzentrieren, angetrieben durch Kräfte, die aus der Mantelkonvektion resultieren.

Scope

Dieses Thema behandelt die Theorie der Plattentektonik und ihre Verbindung zur Manteldynamik: die Kinematik starrer Plattenbewegungen auf einer Kugel, die drei Plattengrenztypen (divergierend, konvergierend und transformierend), die Ozeanbodenspreizung und Subduktion sowie die Euler-Pol-Beschreibung der relativen Plattenbewegung. Es behandelt die Kräfte, die Platten antreiben, insbesondere den Plattenzug (slab pull) und den Rücken-Schub (ridge push), den Wilson-Zyklus der Ozeanöffnung und -schließung sowie die Verbindung zwischen Oberflächenplattenbewegung und zugrunde liegendem Mantelstrom. Der Schwerpunkt liegt auf der Kinematik und Dynamik der Plattenbewegung.

Core questions

• Wie wird die Bewegung starrer Platten auf einer Kugel kinematisch beschrieben?
• Welche Prozesse finden an divergenten, konvergenten und transformierenden Plattengrenzen statt?
• Welche Kräfte treiben die Plattenbewegung an, und wie wichtig ist der Plattenzug (slab pull) im Vergleich zum Rücken-Schub (ridge push)?
• Wie hängt die Oberflächenplattenbewegung mit der Konvektion im Mantel zusammen?

Key concepts

• Lithosphärenplatten und die Asthenosphäre
• Divergente, konvergente und Transformgrenzen
• Ozeanbodenspreizung und Subduktion
• Euler-Pole und relative Plattenbewegung
• Plattenzug (Slab pull), Rücken-Schub (ridge push) und der Wilson-Zyklus

Key theories

Kinematik starrer Platten auf einer Kugel

McKenzie und Parker, und unabhängig davon Morgan, zeigten, dass Plattenbewegungen als starre Rotationen um Euler-Pole auf einer Kugel beschrieben werden können, was einen präzisen kinematischen Rahmen lieferte, der die Ozeanbodenspreizung, Transformstörungen und Kontinentaldrift in der Plattentektonik vereinte.

Plattenzug (Slab pull) und Plattenantriebskräfte

Die dominierende Kraft auf den meisten Platten ist der Gravitationszug kalter, dichter subduzierender Platten, ergänzt durch den Rücken-Schub (ridge push) von erhöhten Spreizungszentren, wodurch die Plattenbewegung mit den Abwärtsströmungen der Mantelkonvektion integriert wird.

Mechanisms

Neue Lithosphäre bildet sich und breitet sich an mittelozeanischen Rücken aus, kühlt ab und verdickt sich mit zunehmendem Alter, bis sie, dicht genug, in Subduktionszonen absinkt; der negative Auftrieb der absinkenden Platte zieht die nachfolgende Platte, während der erhöhte Rücken von hinten schiebt, und diese Kräfte, gekoppelt an den viskosen Mantelstrom, bestimmen die Platten-Geschwindigkeiten, wobei sich Verformung und Seismizität an den Grenzen zwischen starren Platten-Innenbereichen konzentrieren.

Clinical relevance

Die Plattentektonik erklärt die globale Verteilung von Erdbeben, Vulkanen und Gebirgsketten, umreißt langfristige seismische und vulkanische Gefahren und berücksichtigt die Lage vieler Mineral-, Kohlenwasserstoff- und Geothermievorkommen.

History

Aufbauend auf Wegeners Kontinentaldrift und Hess' Ozeanbodenspreizung etablierten die Anerkennung von Transformstörungen durch Wilson Mitte der 1960er Jahre und die Starrplatten-Formulierungen von McKenzie, Parker, Morgan und Le Pichon die Plattentektonik, die vereinheitlichende Theorie der festen Erde, innerhalb weniger Jahre.

Key figures

• Dan McKenzie
• Jason Morgan
• John Tuzo Wilson
• Xavier Le Pichon

Seminal works

• mckenzie1967
• morgan1968
• turcotte2014

Frequently asked questions

Was sind die drei Haupttypen von Plattengrenzen?

Divergente Grenzen, an denen sich Platten auseinanderbewegen und neue Kruste entsteht, wie an mittelozeanischen Rücken; konvergente Grenzen, an denen Platten kollidieren und eine unter die andere subduziert werden kann; und Transformgrenzen, an denen Platten horizontal aneinander vorbeigleiten, wie entlang der San-Andreas-Verwerfung.

Warum ereignen sich die meisten Erdbeben an Plattengrenzen?

Platten-Innenbereiche sind relativ starr und bewegen sich nahezu als Einheiten, sodass die relative Bewegung hauptsächlich an ihren Rändern ausgeglichen wird, wo sich Spannungen aufbauen und als Erdbeben freigesetzt werden; dies konzentriert die Seismizität in schmalen Gürteln, die die Plattengrenzen nachzeichnen.