Allgemeine Geophysik

1. Geophysik146 Allgemeine Geophysik (9) Plattentektonik

2. Geophysik147 Plattentektonik – Plattengrenzen Eurasische Platte Nord-amerikanische Platte Eurasische Platte Afrikanische Platte Pazifische Platte Süd-amerikanische Platte Indisch-Australische Platte Antarktische Platte Die fünfzehn wichtigsten Lithosphärenplatten und ihre Grenzen, nach P & S, 1994.

3. Geophysik148 Plattentektonik – Moho & Co Schematische Darstellung der Konvektions-bewegung im Erdmantel. Quelle: P & S, 1994 (alle). KontinentaleKruste OzeanischeKruste Lithosphäre (starr) Mantel Oberer Mantel Asthenosphäre (plastisch) Kern Die Lithosphäre, eine starre feste Schicht, die aus der Kruste und den äußeren Bereichen des Mantels besteht, schwimmt auf dem plastischen, teilweise ge-schmolzenen Bereich des Mantels, den man als Asthenosphäre bezeichnet. Mittelozeanischer Rücken Ozean Sedimente OzeanischeKruste An mittelozeanischen Rücken entsteht laufend neue ozeanische Kruste in Form von Sheeted Dikes und Kissenlava. Das ab-kühlende Dach der Magmakammer erstarrt als Gabbro. Die Mohorovičič-Diskontinuität (kurz Moho) trennt Kruste und Mantel. Hypsographische Kurve der Erdoberfläche Kumulative Verteilung der Flächenanteile bestimmter Höhenstufen (bezogen auf den Meeresspiegel). Gabbro Moho Magmakammer Peridotit Mantel

4. Geophysik149 Mittelozeanische Rücken Quelle: NOAA Die mittelozeanischen Rücken bilden ein etwa 60000km langes,weltumspannendes Gebirge

5. Geophysik150 Mittelozeanische Rücken In Island (Thingvellir) erhebt sich der mittelatlantische Rücken über den Meeresspiegel. Links der Zentralspalte („Rift“) ist die eurasische, rechts die nordamerikanische Platte (Bild UF) .

6. Geophysik151 Black Smoker & Co Bis zu 3m lange Röhrenwürmer sind Teil der Lebensgemeinschaft, die auf der Chemosynthese von Schwefelbakterien beruht. In Form von Kissenlava wird an mittelozeanischen Rücken ständig neue basaltische Ozeankruste gebildet. „Schwarze Raucher“ – Schwefel und Schwermetallen werden aus auf bis zu 400°C aufgeheiztem Meerwasser ausgefällt.

7. Geophysik152 Plattentektonik – Schema D & D, 1996 An den mittelozeanischen Rücken wird ständig neue (basaltische) ozeanische Kruste gebildet, in den Subduktionszonen taucht sie ab und wird wieder Teil des Mantels.

8. Geophysik153 Paläomagnetismus Schematische Darstellung des Verlaufs der Feldlinien des Erdmagnetfeldes (Dipol). Die Achse ist um etwa 11° gegen die Rotationsachse geneigt. Es gilt: I = Inklination m= magnetische Breite Geographischer Nordpol Magnetischer Nordpol Mittelozeanischer Rücken Gilbert (invers) Gauss (normal) Matuyama (invers) Brunhes (normal) normal invers Nach P & S, 1994 SedimentationsremanenzEinregelung magnetischer Mineralkörner. Thermoremanenz: Erstarrendes Magma wird in Richtung des gerade herrschenden Magnetfeldes magnetisiert, die Richtung wird bei der Abkühlung „eingefroren“.

9. Geophysik154 Ozeanbodenalter Das weltweite Seafloor-Spreading wird durch Isochronen erkennbar, die Stellen des Meeres-bodens mit gleichem Alter verbinden. Die farbigen Streifen ent-sprechen den geo-logischen Zeitaltern, in denen der Meeresboden gebildet wurde. Ozeanische Kruste ist zum überwiegenden Teil wesentlich jünger als kontinentale. Es gibt praktisch keinen Ozean-boden, der älter als 200 Millionen Jahre ist. Quelle: P & S, 1994

10. Geophysik155 Subduktion 1 Vulkanisch-Magmatische Zone Divergierende Plattengrenze Konvergierende Plattengrenze Tiefseegraben Mittelozean. Rücken Lithosphäre Gebirgsbildung Tiefseegraben KontinentaleKruste OzeanischeKruste Ozean–Kontinent Kollision. Asthenosphäre Tiefseegraben Vulkan. Inselbogen Erdbebenherde MagmaBildung Divergierende und konvergierende Plattengrenzen. Nach P & S, 1994. Ozean–Ozean Kollision

11. Geophysik156 Inselbögen – Java Die indonesischen Inseln Sumatra, Java, Bali, Lombok … sind ein Paradebeispiel für einen Inselbogen. Hier reiht sich ein Vulkan an den nächsten, es rauchen Semeru (hinten) und Bromo (links). Quelle: D. Walton.

12. Geophysik157 Inselbögen – Aleuten Die Aleuten sind ein weiteres Paradebeispiel. Hier bricht gerade der Cleveland Vulkan aus, gesehen von der Internationalen Weltraumstation (Quelle: J. N. Williams).

13. Geophysik158 Inselbögen Die Alaska-Halbinsel (links, Quelle: NASA) ist sozusagen die Fortsetzung des Aleuten-Bogens mit anderen Mitteln. Auch Japan ist ein typisches Beispiel für einen Inselbogen (rechts, Quelle: ESA).

14. Geophysik159 Gebirgsbildung Die (hier schneebedeckten) Anden (links, Quelle: NASA), sind ein Bilderbuch-Beispiel für Gebirgs-bildung durch Ozean – Kontinent Kollision. Der Himalaya verdankt seine Entstehung einer (noch andauernden) Kontinent – Kontinent Kollision.

15. Geophysik160 Subduktion 2 Kontinent – Kontinent Kollision. Bevor es zur Kollision der Kontinente kommt, wird i. A. ozeanische Kruste subduziert, die zwischen den konvergierenden Kontinenten liegt. Am Anfang steht also eine Ozean – Kontinent Kollision. Sedimente aus dem schrumpfenden Ozean werden in das Gebirge eingebaut, auch Teile der ozeanischen Kruste können sich z. T. „an Land retten“ und bilden Ophiolithe. Es entsteht seine so genannte Tektonische Melange. Sobald die Kontinente aufeinander treffen, kann nur noch Mantel- aber kein Krustenmaterial mehr abtauchen. Nach P & S, 1994.

16. Geophysik161 Terrane Mikrokontinente, aber auch Inselbögen, die sich auf einer subduzierten ozeanischen Platte befinden, werden als Terrane ins den Kontinent eingebaut. Der Westen Nordamerikas hat auf diese Weise alles „eingesammelt“, was sich im „Ur-Pazifik“ östlich des ostpazifischen Rückens befand. Bild-quelle: P & S, 1994.

17. Geophysik162 Transformstörungen An Transformstörungen gleiten Platten bzw. Krusten-blöcke aneinander vorbei, es bilden sich Verwerfungen („Faults“). Das bekannteste Beispiel ist die „San Andreas Verwerfung“ in Kalifornien. Links der Bereich, der als „Elkhorn Scarp“ bezeichnet wird (Elk  Elch). Besonders deutlich sieht man den Versatz (oben) beim Verlauf des Wallace Creek (aktuell ~100 m). Luftbilder: David Lynch (nicht der von „Twin Peaks“).

18. Geophysik163 Der Ozeanboden Transformstörung Achse des Ostpazifischen Rückens Die Bereiche um die mittelozeanischen Rücken sind durch Transformstörungen geprägt. Karte von Heezen & Tharp, 1997.

19. Geophysik164 Entstehung eines Ozeans Grabenbruch Ozeanische Kruste Kontinentalschelf Kontinentalhang Kontinentale Kruste Kontinentalfuß Plattengrenze Mittelozeanischer Rücken Passiver Kontinentalrand Passiver Kontinentalrand Bildung eines Grabenbruchs (=Rift) und Entstehung eines neuen Ozeans mit passiven Kontinentalrändern (z.B. „junger“ Atlantik). P & S, 1994.

20. Geophysik165 Entstehung eines Ozeans Im Afar Dreieck reißt die Erdkruste auf (links: T. Wright, rechts: E. Baker). Die Region liegt schon unter dem Meeresspiegel (Danakil-Senke) und wird überflutet werden, sobald es eine Verbindung zum Roten Meer gibt.

21. Geophysik 166 Plattentektonik – Erdgeschichte Wandernde Kontinente, Bildung und Zerfall von Pangaea.

22. Geophysik 167 Hot Spots und Manteldiapire Aktiver Vulkan Guyot Hot Spot – Aufsteigendes Magma Hot Spots und vulkanische Inselketten Bewegungsrichtung der Lithosphärenplatte

23. Geophysik 168 Inselketten Die Hawaii Inseln sind ein Bilderbuch- (Lehr-buch) Beispiel für eine Inselkette, die durch einen Hot Spot erzeugt wird. Aktive Vulkane gibt es derzeit nur auf „Big Island“ und Maui bzw. auf Loihi, das sich allerdings noch unter dem Meeresspiegel be-findet. Kauai ist schon stark erodiert, hier findet man den „Grand Canyon“ des Pazifik. Jenseits von Midway gibt es nur noch „Seamounts“. Bildquelle: T&T, 1999.

24. Geophysik 169 Hot Spots im Pazifik Emperor Seamounts Hawaii Inseln Hawaii Hot Spot Galapagos Tuamoto Archipel Pitcairn Osterinsel Quelle: SdW Cook Inseln Hot Spots im Pazifik und vulkanische Inselketten, die durch Gleiten der Platten über den mehr oder weniger stationären Hot Spot gebildet werden (Paradebeispiel = Hawaii).

25. Geophysik 170 Vom Vulkan zum Atoll Entsteht eine Hot Spot Insel in geeigneter klimatischer Region, so kommt es zur Bildung von Saumriffen, im Zuge des Absinken der Insel wird daraus ein Barriere-Riff und schließlich ein Atoll, das die zentrale Lagune umgibt. Abb.: P & S, 1994.

26. Geophysik 171 Hot Spots und ihre Spuren Quelle: NASA Vulkaninseln– Galapagos (links oben) Versinkende Vulkane mit Saumriffen und Atollen –Tahiti und Bora Bora, Franz. Polynesien (links unten) Atolle mit vollständig versunkenen Vulkanen – Malediven (rechts oben).

27. Geophysik 172 Plateaubasalte Hawaii – ein Bilderbuch „Hot Spot“, derzeit unter Hawaii – „Big Island“, gleichzeitig Arbeit an einer neuen Insel – Loihi(derzeit –969 m, Stand 2010). Walvis Hot Spot – Aktive Beteiligung an der Bildung des Südatlantiks, heute unter Tristan da Cunha, Spuren: Rio Grande Schwelle im Westen, Walvis Rückenim Osten. Quelle: SdW

28. Geophysik 173 Plateaubasalte Quelle: SdW Wenn der „Pilzkopf“ eines Manteldiapirs die Kruste erreicht bilden sich gewaltige Flutbasalte (zum Glück nicht in historischer Zeit) und (schaffen unter anderem) Unordnung auf dem Ozeanboden.

29. Geophysik 174 Dekkan Flutbasalte Dekkan Trapps, Indien.

30. Geophysik 175 Spalteneruptionen an Hot Spots Spalteneruption, Piton de la Fournaise (La Réunion) Spalteneruptionen in Hawaii: Puuo (o.r.), Kilauea (li. u. re.) als (sehr bescheidene) Beispiele für die Entstehung von Plateaubasalten in der Vergangenheit

31. Geophysik 176 Hot Spots und Schildvulkane Quelle: NASA Der Maun Loa auf Hawaii (oben im Hintergrund und rechts im Satellitenbild ist) ist der mächtigste Schildvulkan auf der Erde, genährt von einem Hot Spot. Er, und der etwas höhere (aber weniger „voluminöse“) Mauna Kea, von dem das obere Bild aufgenommen ist, erheben sich mehr als 9000m über den Meeresboden. Der Olympus Mons auf dem Mars (ganz rechts) ist allerdings 22 km höher als seine Umgebung.

32. Geophysik 177 Hot Spot - Vulkanismus Auch unter Island befindet sich ein Hot Spot – und zwar genau am mittelatlantischen Rücken. Wegen der basaltischen Lava verlaufen die Ausbrüche meist ruhig – so wie die Spalteneruption von Eyjafjalla im März 2010 (Reuters). Im April 2010 kam es dann allerdings zu einem Ausbruch unter dem GletscherEyjafjallajökull – und die Kombination Magma + Wasser ist sehr explosiv – das aufsteigende Magma wird ein kleinste Fetzen zerrissen – es bildet sich die vulkanische Asche. (Bildquelle: Marco Fulle). Bei Vulkanausbrüchen kommt es auch zu Ladungstrennung, und damit zu Gewitter-Entladungen.

33. Geophysik 178 Hot Spot - Vulkanismus Die Schuld für die Aschewolke kann man Eyjafjallajökull nicht absprechen (links, NASA). Für das spektakulären Polarlicht (Reuters) ist der Vulkan aber nicht verantwortlich – ebenso wenig wie für das eher bescheidene Wetter in Österreich im Mai 2010. Klimatische Auswirkungen haben erst Ausbrüche, die wesentlich heftiger sind.