Plattentektonik im Detail – Kräfte der Erde – Bewegung formt Kontinente

Die treibenden Kräfte hinter der Plattentektonik sind ein komplexes Zusammenspiel mehrerer Mechanismen, die alle auf die immense innere Wärme der Erde zurückzuführen sind. Der wichtigste dieser Prozesse ist heute das sogenannte Slab Pull oder Plattenzug. Hierbei sinkt die kalte, dichte ozeanische Lithosphäre in den Mantel ab, sobald sie eine Subduktionszone erreicht, und zieht den Rest der Platte quasi hinter sich her. Dieses Gewicht der absinkenden Platte ist die dominanteste Kraft, die die Bewegung der Platten überhaupt erst in Gang hält. Ein weiterer wichtiger Mechanismus ist der Ridge Push oder Rücken-Schub. An den Mittelozeanischen Rücken, wo neue ozeanische Kruste durch aufsteigendes Magma entsteht, ist die Lithosphäre dünn und heiß, was eine erhöhte topografische Lage zur Folge hat. Die Schwerkraft lässt diese erhobene Kruste seitlich weggleiten, wodurch ein seitlicher Druck entsteht, der die Platten von den Spreizungszonen wegschiebt. Die klassische Vorstellung der reinen Mantelkonvektion, bei der die Platten passiv auf dem Mantel „reiten“ wie auf einem Fließband, wird heute als zu vereinfacht angesehen. Vielmehr ist der Mantelfluss selbst ein kompliziertes, dreidimensionales Muster von Konvektionszellen, das durch das Absinken der kalten Platten (Slab Pull) angetrieben wird und nicht nur ein einfacher Antrieb für die Plattenbewegung ist.

Die Subduktionszonen sind die Schauplätze der intensivsten geophysikalischen und geochemischen Prozesse der Erde. Wenn die kalte ozeanische Platte in den Mantel hinabtaucht, erfährt sie einen enormen Druck- und Temperaturanstieg. Dieser Anstieg führt dazu, dass Minerale in der Platte, insbesondere solche, die Wasser gebunden haben, entwässert werden. Dieses freigesetzte Wasser, das nun überkritisch ist, steigt auf und migriert in den überlagernden Mantelkeil. Dort senkt das Wasser den Schmelzpunkt des Mantelgesteins (Peridotit), wodurch Magma entsteht. Dieses Magma ist leichter als das umgebende Gestein und steigt auf, um Vulkanketten zu bilden, die entweder auf kontinentaler Kruste (wie die Anden) oder als Inselbögen im Ozean (wie die Marianen oder die Aleuten) in Erscheinung treten. Die chemische Zusammensetzung dieses Magmas unterscheidet sich stark von derjenigen, die an Mittelozeanischen Rücken entsteht, was eine direkte Folge dieser wasserinduzierten Schmelze ist.

Die kontinuierliche Bewegung der Platten führt über geologische Zeiträume hinweg zum Wilson-Zyklus, dem Prozess der wiederholten Bildung und des Zerfalls von Superkontinenten. Dieser Zyklus beginnt, wenn ein Kontinent auseinanderbricht (Rifting), die Kontinentfragmente sich über Millionen von Jahren wieder annähern und schließlich kollidieren (Kollision), um einen neuen Superkontinent zu bilden. Die bekanntesten Beispiele sind Rodinia, die vor etwa 1,1 Milliarden Jahren existierte, und Pangäa, die vor etwa 335 Millionen Jahren entstand und der letzte große Superkontinent war. Der Zerfall Pangäas in die heutigen Kontinente ist ein Prozess, der bis heute anhält. Die Kollisionen, die zur Bildung dieser Superkontinente führen, sind für die größten Gebirgszüge der Erdgeschichte verantwortlich, da die kontinentalen Massen bei der Kollision nicht subduziert werden, sondern aufeinander gestapelt und verdickt werden. Die Wiederholung dieser Zyklen beeinflusst nicht nur die Verteilung der Landmassen und Ozeane, sondern auch globale Klimamuster, die Meeresspiegelhöhe und die Artenvielfalt auf dem Planeten.

Antriebskräfte der Plattentektonik

Die treibenden Kräfte, die die gigantischen Lithosphärenplatten der Erde in Bewegung halten, sind komplex und resultieren aus der ständigen Wärmeabfuhr aus dem Erdinneren. Der wichtigste dieser Prozesse ist heute das sogenannte Slab Pull oder der Plattenzug. Hierbei sinkt die kalte, dichte und somit schwere ozeanische Lithosphäre in den zähflüssigeren Mantel ab, sobald sie eine Subduktionszone erreicht. Dieses Gewicht der absinkenden Platte ist die dominanteste Kraft und zieht den Rest der Platte mit sich, ähnlich einem Anker, der an einem Seil zieht. Ein weiterer zentraler Mechanismus ist der Ridge Push oder der Rücken-Schub. An den Mittelozeanischen Rücken steigt heißes Magma auf und bildet neue ozeanische Kruste; diese Region ist topografisch erhöht. Die Schwerkraft lässt diese erhobene Kruste entlang des Rückens weggleiten, wodurch ein seitlicher Druck entsteht, der die Platten von den Spreizungszonen wegschiebt. Die klassische Vorstellung der reinen Mantelkonvektion, bei der die Platten passiv auf dem Mantel „reiten“, wird heute als zu vereinfacht angesehen, da die Platten selbst durch das Absinken (Slab Pull) den Mantelfluss aktiv mitgestalten. Die Konvektionszellen im Mantel stellen vielmehr eine komplexe, dreidimensionale Bewegung dar, die durch die Temperaturunterschiede zwischen dem heißen Kern und der kälteren Oberfläche angetrieben wird. Die Wechselwirkungen zwischen diesen Kräften bestimmen die Geschwindigkeit und Richtung der Plattenbewegungen, wobei Slab Pull als die dominierende Kraft für die schnellsten Plattenbewegungen gilt.

Subduktionszonen und ihre Folgen

Subduktionszonen sind die Schauplätze, an denen die ozeanische Kruste in den Mantel zurückgeführt wird, und stellen die aktivsten geophysikalischen Regionen der Erde dar. Wenn die kalte, wasserhaltige ozeanische Platte in den Mantel hinabtaucht, beginnt sie, unter steigendem Druck und steigender Temperatur metamorphisiert zu werden. Dieser Prozess führt zur Entwässerung der Platte: Minerale, die Wasser in ihrer Kristallstruktur gebunden haben, geben dieses frei. Das freigesetzte Wasser, das nun unter extremem Druck und hoher Temperatur steht (überkritisch ist), steigt auf und migriert in den darüber liegenden Mantelkeil über der abtauchenden Platte. Dort senkt das Wasser den Schmelzpunkt des Mantelgesteins (Peridotit), ein Prozess, der als Fluss-Schmelzen bezeichnet wird und Magma erzeugt. Dieses neu entstandene Magma ist leichter als das umgebende Mantelmaterial und steigt auf. Dringt es an die Oberfläche, führt dies zur Bildung von Vulkanketten, die entweder auf kontinentaler Kruste (z. B. die Anden in Südamerika) oder als Inselbögen im Ozean (z. B. die Marianen oder die Aleuten) in Erscheinung treten. Diese Prozesse sind auch die Ursache für die stärksten und tiefsten Erdbeben der Welt, die in der abtauchenden Platte, der sogenannten Benioff-Zone, entstehen. Die chemischen und physikalischen Prozesse in Subduktionszonen sind entscheidend für die kontinentale Krustenbildung, da das dort gebildete Magma im Vergleich zur ozeanischen Kruste reicher an Silizium und leichter ist.

Superkontinente und der Wilson-Zyklus

Über geologische Zeiträume betrachtet, sind die Lithosphärenplatten in einem ständigen Zustand des Wandels, der sich im sogenannten Wilson-Zyklus manifestiert. Dieser Zyklus beschreibt die wiederholte Bildung, Existenz und den Zerfall von Superkontinenten – massiven Ansammlungen fast aller kontinentalen Landmassen der Erde. Der Zyklus beginnt mit dem Zerbrechen eines Superkontinents (Rifting), führt zur Öffnung neuer Ozeane und endet mit der Schließung dieser Ozeane durch Subduktion und die erneute Kollision der Kontinente (Gebirgsbildung). Das bekannteste Beispiel für einen Superkontinent ist Pangäa, der vor etwa 335 Millionen Jahren entstand und der letzte in dieser Reihe war. Doch schon lange zuvor gab es andere Superkontinente, wie Rodinia, der vor etwa 1,1 Milliarden Jahren existierte. Die Bildung dieser Superkontinente hat tiefgreifende Auswirkungen auf das gesamte Erdsystem. Die Kollisionen erzeugen die größten Gebirgsketten und verdicken die Kruste erheblich, da kontinentale Kruste zu leicht ist, um subduziert zu werden. Die Verteilung der Landmassen beeinflusst auch massiv das globale Klima und die Meeresströmungen. Zum Beispiel führte die Formation von Pangäa zu einem trockenen Binnenklima auf den großen Landmassen. Der Zerfall dieser Superkontinente, wie der heutige Zerfall Pangäas, schafft neue Küstenlinien, die zur Artenvielfalt beitragen, und beeinflusst den Meeresspiegel durch die Bildung neuer, heißer Ozeanböden. Der Wilson-Zyklus demonstriert die dynamische, sich ständig verändernde Natur unseres Planeten über Milliarden von Jahren.

Antriebskräfte der Plattentektonik

Diese Tabelle vergleicht die Mechanismen, die die Bewegung der Lithosphärenplatten antreiben.

Subduktionszonen: Prozesse und Folgen

Diese Tabelle beleuchtet die physikalischen und chemischen Vorgänge, die an den Kollisionszonen ablaufen.

Superkontinente und der Wilson-Zyklus

Diese Tabelle fasst den Kreislauf der Kontinentbildung und -zerstörung über geologische Zeiträume zusammen.