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Warum sich das Antlitz der Erde verändert

Vom Werden des „Blauen Planeten“

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Die Dehnung von Lithosphärenplatten wird als Rift(ing) bezeichnet und von Erdbeben begleitet. © Geologische Bundesanstalt
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Die Bildung neuer Lithosphärenplatten erfolgt an mittelozeanischen Rücken. © Geologische Bundesanstalt
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Passiver Kontinentalrand: Übergang von ozeanischer zu kontinentaler Kruste innerhalb einer Platte. © Geologische Bundesanstalt
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Subduktionszonen sind Bereiche, wo ozeanische Lithosphärenplatten absinken („verschwinden“). © Geologische Bundesanstalt
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Durch die langsame Kollision kontinentaler Lithosphärenplatten entstehen Gebirge. © Geologische Bundesanstalt

Vor 4,6 Milliarden Jahren entstanden die Sonne, unsere Erde und die anderen Planeten des Sonnensystems durch Zusammenballung von Gas, Staub, Eis und Gesteinstrümmern aus einer interstellaren Wolke. Nach einer kurzen, aber sehr turbulenten Phase bildeten sich bereits vor ca. 4,4 Milliarden Jahren auf der Erde eine erste Kruste und mit Wasser gefüllte Becken. Die Verteilung von Land und Wasser hat sich seither ständig verändert. Das Erscheinungsbild unseres „Blauen Planeten“ ist aber bis heute geprägt durch weltumspannende Meeresflächen, aus denen Kontinente, Inseln und langgezogene Inselketten herausragen. Könnte man das Wasser der Meere ablassen, wäre zu erkennen, dass um die Kontinente herum unterschiedlich breite und nur einige hundert Meter tiefe Bereiche vorhanden sind – die Schelfgebiete. Den größten Teil der Ozeane nehmen 3500 bis 6000 Meter tiefe Becken ein. Etwa in der Mitte der Becken verlaufen bis zu 3 km hohe Gebirgszüge mit vulkanischer Aktivität, die als Mittelozeanische Rücken bezeichnet werden. An den Rändern der Becken und entlang der Inselketten liegen zumeist Gräben, die bis über 11 km tief sein können.

Warum es Kontinente und Ozeanbecken gibt und warum sich die Verteilung von Land- und Wasserflächen verändert, erkannte man erst im vergangenen Jahrhundert. Der dafür verantwortliche Prozess wird als Plattentektonik bezeichnet – und dieser läuft in der heute beobachtbaren Weise seit mindestens 2,5 Milliarden Jahren.

Die Lithosphärenplatten

Die Oberfläche der Erde besteht aus etwa einem Dutzend größerer und einigen kleineren Platten. Diese sind relativ starr und haben zumeist Anteile aus Ozeanbecken und Kontinenten. Der obere Teil dieser Lithosphärenplatten besteht aus Erdkruste. Im Bereich der Kontinente und Schelfmeere setzt sich diese aus vorwiegend quarzreichen, metamorphen und magmatischen Gesteinen sowie aus verschiedensten Sedimenten zusammen. Die kontinentale Kruste ist zumeist 30 bis 60 km dick und relativ leicht. Der Boden der tiefen Ozeanbecken wird von nur etwa 6 km dünner, ozeanischer Kruste gebildet. Diese ist etwas schwerer und besteht aus magmatischen Gesteinen, die aus Basaltschmelzen kristallisiert sind. Darüber lagern tonige und sandige Sedimente, die nur an den Rändern der Ozeanbecken eine größere Dicke erreichen. Den unteren Teil der Lithosphärenplatten bilden Gesteine des Erdmantels, die als Lithosphärischer Mantel bezeichnet werden. Sie sind weniger als 1 300 °C heiß und daher relativ starr und schwer. In alten Teilen der Kontinente (Kratone) können Lithosphärenplatten über 200 km dick sein, unter jüngerer kontinentaler Kruste sind es immer noch etwa 100 km. Hingegen ist die Dicke einer Lithosphärenplatte an einem Mittelozeanischen Rücken sehr gering, sie steigt aber gegen den Rand des Ozeans bis auf etwa 60 km an.

Die Platten schwimmen auf dem Asthenosphärischen Mantel, der über 1300 °C heiß, plastisch und etwas leichter als der Lithosphärische Mantel ist. Der schwere Lithosphärische Mantel ist mit der leichten Kruste fest verbunden, wodurch die Platten insgesamt leichter sind als der Asthenosphärische Mantel und daher auf diesem „schwimmen“.

Begrenzt sind die Lithosphärenplatten durch Mittelozeanische Rücken, Subduktionszonen und seltener durch Seitenverschiebungen wie die San-Andreas-Störung in Kalifornien (USA). An ihren Grenzen bewegen sich die Platten gegeneinander und deshalb sind Erdbebentätigkeit und auch Vulkanismus an diesen konzentriert. Die Relativgeschwindigkeiten erreichen Werte bis über 10 cm pro Jahr.

Entstehung und Auflösung von Lithosphärenplatten

An Mittelozeanischen Rücken wachsen die Lithosphärenplatten. Kontinuierlich steigen dort Basaltschmelzen aus dem Mantel auf und kristallisieren als ozeanische Kruste. Darunter kühlt der Asthenosphärische Mantel ab und „friert“ langsam an. Durch diesen fortdauernden Prozess nimmt das Alter der ozeanischen Kruste mit der Entfernung vom Mittelozeanischen Rücken zu. Gleichzeitig nimmt die Dicke des Lithosphärischen Mantels zu, sodass die Platte immer schwerer wird.

Platten aus ozeanischer Lithosphäre werden daher ab einem bestimmten Zeitpunkt schwerer als der darunterliegende Asthenosphärische Mantel. Sie reißen dann durch und beginnen zu versinken. So entsteht eine Subduktionszone mit einer darüber liegenden Tiefseerinne, an der eine Lithosphärenplatte wie ein Förderband kontinuierlich unter die andere Platte abtaucht. Von der abtauchenden ozeanischen Lithosphärenplatte werden kleine Teile der auflagernden Sedimente und der ozeanischen Kruste abgeschert. Diese bilden einen so genannten Akkretionskeil. Wasser wird in die Tiefe mitgenommen, mit steigender Temperatur wird es aber wieder freigesetzt und bewirkt die Bildung von Schmelzen in der darüber liegenden Platte. Diese Schmelzen steigen gegen die Erdoberfläche auf und führen zu magmatischer Aktivität und zur Bildung von Vulkanketten. Diese können sich wie im Fall der Anden oder der Nordamerikanischen Kordilleren am Kontinentalrand befinden oder wie in Sumatra eine Inselkette bilden.

Ist einmal der gesamte ozeanische Anteil einer Platte verschwunden, kommt kontinentale Kruste an die Subduktionszone. Diese ist leicht und dick und sie lässt sich kaum subduzieren. Kommt es zur Kollision von kontinentalen Lithosphärenstücken, werden die Plattenränder deformiert und es entstehen Gebirge wie der Himalaya oder die Alpen. Dabei wird der größte Teil der kontinentalen Kruste von der Platte abgeschert und als Decken zu einem sogenannten Orogenkeil (Gebirgskeil) gestapelt, während die restliche Lithosphärenplatte weiter subduziert wird. Vor dem Orogenkeil entstehen durch die Auflast des Gebirgskörpers typischerweise Absenkungsbereiche, so genannte Vorlandbecken, die den Abtragungsschutt des aufsteigenden Gebirges aufnehmen. Die in den Mantel hinabhängenden Teile der Platte aus Lithosphärischem Mantel werden langsam erwärmt, reißen ab und sinken in die Tiefe. Viele bleiben in etwa 660km Tiefe liegen und lösen sich dort langsam auf.

Es ist nicht im Detail geklärt, wie die plattentektonischen Prozesse angetrieben werden. Sicher ist aber, dass der Wärmefluss aus dem Erdinneren und dadurch bedingte Dichtunterschiede eine wesentliche Rolle spielen. Diese führen zu langsamen Konvektionsströmungen im oberen Erdmantel.

Grafiken stehen für Unterricht und Lehre zur Verfügung.

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