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Inhaltsverzeichnis



Der Schalenaufbau der Erde

Der Schalenaufbau der Erde
Die Erde hat in etwa die Form einer Kugel (tatsächlich variiert der Erdradius zwischen 6357km und 6378km), deren Inneres aus mehreren Schalen aufgebaut ist: Im Zentrum befindet sich der feste Erdkern mit einem Radius von etwa 1250 km, welcher hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht. Daran schließt sich der flüssige Teil des Erd­kerns (hauptsächlich Eisen) an mit einer Mächtigkeit von rund 2200 km. Darüber liegt die 2900 km mächtige Schicht des sogenannten Mantels aus zähplastischem Gestein (Silikate und Oxide), und zuoberst eine relativ dünne, harte Kruste. Diese besteht ebenfalls aus Silikaten und Oxiden, ist aber mit Elementen angereichert, die nicht im Mantel­gestein vorkommen.

Ebenso wie die anderen Planeten des Sonnen­systems, entstand die Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren aus einer rotierenden Staub- und Gaswolke. Durch ihre Schwerkraft wurde diese langsam dichter und durch Zusammen­­ballung von Staub­teilchen und größeren Körpern bildeten sich letztlich die Planeten. Der anfangs kalte und im Inneren homogene Himmelskörper der Proto-Erde erwärmte sich innerhalb von etwa 100 Millionen Jahren durch die bei den Einschlägen von Meteoriten freiwerdende Gravitations­energie.

Durch den Massenzuwachs verdichtete sich der Erdkern. Radioaktive Zerfallsprozesse beschleunigten seine Erhitzung. Nachdem sich die Erde auf ungefähr 2000 °C erwärmt hatte – eine Temperatur, bei der Eisen und die meisten Silikate geschmolzen sind – bildeten sich tröpfchenförmige Eisen­schmelzen, in der sich die siderophilen (griech.: Eisen liebend) Elemente anreicherten und Silikat­schmelzen, in der sich die lithophilen (griech. Stein liebenden) Elemente anreicherten.

Die schwereren Tröpfchen der Metall­schmelze wanderten Richtung Zentrum und sammelten sich dort zum Eisen­kern, wodurch die leichtere Silikatschmelze vom Zentrum nach außen verdrängt wurde und sich zum Erdmantel beziehungsweise zur Erdkruste entwickelte.

Somit gelang kontinuierlich leichtere Materie in die äußeren Zonen der Erde. So entstand über dem schweren Eisenkern ein Mantel aus Gesteinen mittlerer Dichte, bestehend aus Magnesium-Eisen-Silikaten und darüber eine Außenkruste aus leichtem Material wie Sauerstoff, Silizium, Aluminium, Calcium, Natrium und anderen. Das leichte Wasser, dessen Herkunft bis heute umstritten ist, fand sich zu den Ur-Ozeanen zusammen. Die noch leichteren Gase – u. a. aus Poren und vulkanischen Erdspalten hochsteigend – erzeugten schließlich die Ur-Atmosphäre der Erde. Dass die Sortierung auch heute noch nicht abgeschlossen ist, erkennt man beispielsweise am Gasausstoß bei Vulkanausbrüchen, wobei riesige Mengen an Gasen aus dem Erdinneren entweichen.


Kontinentalplatten

Die Erdkruste oder Erdrinde ist die äußere, feste Schicht der Erde. Ihre relative Mächtigkeit ist mit der Schale eines Apfels vergleichbar. Unter ihr liegen der feste bis zähplastische Erdmantel und 2900 km tiefer der großteils feste Erdkern. Im Schalenaufbau der Erde bildet die Erdkruste zusammen mit dem oberen Mantel die Lithosphäre (Gesteinshülle). Man unterscheidet zwei Typen von Krustenmaterial:

  • die kontinentale Erdkruste – früher meist Sial genannt, da sie (neben Sauerstoff) hauptsächlich aus Silizium und Aluminium besteht,
  • die ozeanische Erdkruste – auch Sima genannt, da sie neben Sauerstoff und Silizium einen hohen Magnesiumanteil aufweist.

Ozeanische Erdkruste entsteht an den Grenzen von auseinanderdriftenden Lithosphärenplatten am Ozeanboden, wo aus dem Erdmantel laufend basisches Magma austritt, erstarrt und ein weltumspannendes System bildet, den mittelozeanischen Rücken (MOR). Dieses „junge“ Krustengestein besteht hauptsächlich aus dem Basalt ähnelndem Gabbro und hat eine relativ hohe Dichte (um 3 g/cm³), was mit einer geringen Dicke der ozeanischen Erdkruste von fünf bis sieben Kilometern einhergeht. Nur vereinzelt ist sie über zehn Kilometer dick. Der Prozess der Ozeanbodenspreizung wird nach heutigem Wissen durch Konvektionsströme im Erdmantel angetrieben. Die jeweils benachbarten Lithosphärenplatten streben dabei typischerweise mit Geschwindigkeiten von einigen Millimetern bis Zentimetern im Jahr auseinander.

Kontinentales Krustengestein ist hingegen leichter (Dichte um 2,7 g/cm³) und besteht hauptsächlich aus Granit („sauer“, Anteil der Kieselsäure SiO2 über 66 Prozent). Die kontinentale Erdkruste hat eine Dicke von 30 bis 60 km, wobei sie unter Gebirgsländern (insbesondere unter langen Gebirgsketten) viel weiter hinab reicht als im Durchschnitt. Dieser liegt bei knapp 40 km, lokale Extrema aber zwischen 25 km (Flachküsten) und 70 km (Himalaja). Wegen ihrer geringen Dichte (Mittelwert 2,67 g/cm³) „schwimmen“ die Kontinente höher im Erdmantel als die dichtere ozeanische Kruste, tauchen aber gleichzeitig (analog einem Eisberg) tiefer hinab. Da sich Gesteine bei geologisch langsamen Bewegungen plastisch verhalten, hat sich im Laufe der Jahrmillionen ein weitgehendes Gleichgewicht eingestellt.


Antrieb der Plattenbewegung

Dass die Kontinentalplatten einst miteinander verbunden waren lässt sich anhand von Fossilienfunden nachweisen
Die Isostasie (‚Gleichstand‘, von griech. (ísos) ‚gleich‘, und (stásis) ‚Stand‘) ist der geologische Gleichgewichts–zustand zwischen den Massen der Erdkruste und dem darunter befindlichen Erdmantel.

Zu beobachten ist der Effekt des isostatischen Ausgleichs, also der Bestrebung, einen Zustand der Isostasie zu erreichen, auch heute noch in Skandinavien in Form eines Hebungsprozesses. Skandinavien war in der letzten Eiszeit noch bis vor 10.000 Jahren von einem Eispanzer bedeckt. Durch diese Masse wurde Skandinavien herabgedrückt. Seitdem das Eis zurückgegangen ist, fehlt dieser Druck, und Skandinavien steigt langsam wieder auf. Die Hebung beträgt mittlerweile insgesamt 300 m und findet noch immer mit einer Geschwindigkeit von 9 mm pro Jahr in ihrem Zentrum (Nördlicher Bottnischer Meerbusen) statt.

Die Theorie der Kontinentaldrift, auch Kontinentalverschiebung genannt, beschreibt die langsame Bewegung, Aufspaltung und Vereinigung von Kontinenten, wobei die Bewegung der Erdteile heute durch die Theorie der Plattentektonik begründet wird. Von besonderem Interesse sind jene Perioden der Erdgeschichte, in welchen alle Kontinente zu einer Landmasse vereint waren oder in denen der so genannte Superkontinent wieder auseinanderbrach. Man spricht auch von Superkontinent-Zyklen, von denen fünf oder sechs im Laufe der Erdgeschichte postuliert werden. Allerdings sind nur der letzte (mit dem Namen Pangaea bezeichnete) und der vorletzte (unter dem Namen Rodinia oder Vendium bekannte) Superkontinent allgemein akzeptiert. Wenn die derzeitige Bewegung der Kontinente unvermindert anhält, wird in etwa 60 Millionen Jahren Australien gegen Asien stoßen und man kann in etwa 300 Millionen Jahren die Bildung eines neuen Superkontinents, manchmal Pangaea ultima genannt, erwarten.

Wir wissen, wie schnell und wohin sich die großen Platten derzeit bewegen, und verschiedene Indizien erlauben uns, ihre Wege in der Vergangenheit zu rekonstruieren. Wegen ihrer Trägheit benötigen sie Dutzende von Jahrmillionen, um zum Stillstand zu kommen und noch länger, um ihre Bewegung umzukehren.


Subduktion, Obduktion und Transformstörung

Schematische Darstellung einer Subduktionszone
Die plattentektonische Subduktion (von lat. sub „unter“, ducere „führen“) oder Unterschiebung ist das Abtauchen einer Lithosphärenplatte unter eine andere. Das Gegenteil, eine Auf- oder Überschiebung, wird als Obduktion bezeichnet.

Da die kontinentale Kruste spezifisch leichter als die ozeanische Kruste ist, kommt es in der Erdgeschichte großräumig immer zur Subduktion von Meeresboden: Plattenränder mit ozeanischer Kruste tauchen in den Mantel ab, wo sie metamorph umgewandelt werden womit in erster Linie eine Entwässerung der Platte einhergeht. Die hier freigewordenen sogenannten Fluide oder Volatile verlassen die subduzierte Platte und steigen entweder bis an die Erdoberfläche auf, oder verursachen im oberen Erdmantel ein partielles Aufschmelzen von Gestein und damit den typische­n Subduktionszonen-Vulkanismus. Der Großteil einer abtauchenden Platte sinkt wahrscheinlich im plastischen Mantel weiter ab. Dabei kommt es teilweise zur Hebung der oberen Platte und zu Erdbeben durch die Reibung im Bereich der Subduktion.

Da die kontinentale Kruste aber spezifisch leichter als die ozeanische Kruste ist, kann sie nicht mit der ozeanischen Platte zusammen in die Subduktionszone abtauchen, und wölbt sich stattdessen darüber zu einem Gebirge auf. Durch Prozesse in der abtauchenden ozeanischen Platte entsteht zumeist auch ein ausgeprägter Vulkanismus. Die Subduktion gleicht den Raumgewinn durch die neu entstehende ozeanische Kruste bei der Ozeanbodenspreizung an den mittelozeanischen Riftzonen aus. Durch diesen Vorgang wird der gesamte Meeresboden ständig erneuert, weshalb es keine ozeanische Kruste gibt, die älter als 200 Millionen Jahre ist.

Bei der Kollision zweier kontinentaler Platten kommt es zu komplexen Deformationsvorgängen, die in der Regel mit der Auffaltung hoher Gebirgszüge einhergehen. Eine solche Kontinent-Kontinent-Kollision findet zum Beispiel zwischen der Eurasischen und der Indischen Platte statt und führte zur Bildung des Himalaya.

Darüber hinaus können zwei Platten auch einfach horizontal aneinander vorbeigleiten. In diesem Fall wird die Plattengrenze als Transform-Störung (oder -Verwerfung) bezeichnet. Bei einer Transformstörung gleiten zwei Lithosphärenplatten entlang ihrer Grenzen horizontal aneinander vorbei. Diese Bewegung verläuft nicht reibungsfrei. Die Platten verhaken sich ineinander, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der aufgestaute Druck zu groß wird und sich die angesammelte Energie schlagartig in einem flachen Erdbeben entlädt. Aus diesem Grund sind Gebiete in der Nähe von Transformstörungen stark erdbebengefährdet.


Name: Kontinentaldrift Datum:

Erdbebengebiete

Karte 1: Der Pazifik wird an allen Küsten von Vulkanen gesäumt. Dieser Saum wird auch als "Feuerring" bezeichnet. Die Vulkane stellen Hinweise auf Plattengrenzen dar.

Die San-Andreas-Verwerfung ist eine Transform­störung, an der die Pazifische Platte an der Nord­amerikanischen Platte vorbei driftet. Sie erstreckt sich über gut 1100 Kilometer Länge von Mexiko bis zum Norden von San Francisco und teilt den Bundes­staat Kalifornien in zwei Hälften auf, wobei San Francisco auf der Nord­amerikanischen Platte und Los Angeles auf der Pazifischen Platte liegen. Die tief­reichende Verwerfung wurde nach dem San Andreas Lake benannt, der südlich von San Francisco gelegen ist und die mit Wasser gefüllte San-Andreas-Verwerfung darstellt. Ansonsten ist sie auf weiten Strecken nicht mit bloßem Auge in der Land­schaft zu erkennen und deshalb mit Pfählen markiert. Am 18. April 1906 entstand hier jedoch eine deutliche Bruchlinie; an diesem Tag wurde San Francisco von einem schweren Erdbeben der Stärke 7,8 auf der Momenten-Magnituden-Skala, dem sogenannten San-Francisco-Erdbeben von 1906, heimgesucht. Die San-Andreas-Verwerfung ist eine der wenigen Plattengrenzen an Land; die überwiegende Zahl der Plattengrenzen liegt auf dem Grund der Ozeane.

Die jährliche Verschiebung der Erdkrusten zueinander lässt sich anhand der abnehmenden Plattendistanz zwischen Los Angeles und San Francisco bestimmen. Demnach beträgt sie etwa 6 cm pro Jahr. Die Bewegung vollführt sich dabei jedoch nicht überall gleich konstant; einige Bereiche der Verwerfung bewegen sich fast ständig, während sich andere Bereiche verhaken und sich nur gelegentlich ruckartig um z. T. mehrere Meter gegeneinander verschieben – bis zu sechs Meter beim San-Francisco-Erdbeben von 1906. Beim Fort-Tejon-Erdbeben von 1857 soll die Verschiebung stellenweise sogar bis zu neun Meter betragen haben.

Geologen sind der Meinung, dass das System der San-Andreas-Verwerfung seit mindestens 31 Millionen Jahren in Bewegung sein muss. In dieser Zeit hat sich die Reyes-Halbinsel von Süden her um 450 km zu ihrem jetzigen Standort verschoben.

Der Himalaya ist das größte Gebirge der Erde. Die mit ihm tektonisch zusammenhängenden Gebirgszüge wie das Karakorum-Gebirge besitzen Gipfel von über 8.000 Meter Höhe. Sie bilden einen Teil des alpidischen Gebirgsgürtels, und gehören zu den jüngsten Hochgebirgen der Erde.

Der Himalaya ist ein Faltengebirge, das als Folge der Plattenkollision Indiens mit Eurasien entstanden ist. Als sich die indische Landmasse vor etwa 200 Millionen Jahren von Gondwana löste, lag der Thetys Ozean zwischen den indischen und eurasischen Landmassen. Die indische driftete mit einer Geschwindigkeit von etwa 9 Metern pro Jahrhundert nach Norden, legte dabei um die 6.400 Kilometer zurück und rammte vor etwa 40 bis 50 Millionen Jahren in die eurasische Platte. Die Kollision verlangsamte die Geschwindigkeit des Drifts nach Norden um die Hälfte auf etwa 5 Zentimeter pro Jahr und wird als Beginn der rapiden Erhebung des Himalaya angesehen. Der Drift dauert bis heute an und ist so stark, dass der Himalaya mehr als einen Zentimeter pro Jahr höher wird. Das entspricht einem Höhenwachstum von 10 Kilometer in einer Million Jahre.[1] Seit dem Zusammenstoß hat Indien sich weitere 2.000 Kilometer nach Asien hineingedrängt. Dieser Prozess führte zu starken Erdbeben, Verschiebungen und Faltungen, deren Auswirkungen bis weit nach China hinein und in Südostasien bemerkbar sind. Das Gebiet Nanga Parbat in Pakistan ist mehr als 10 Kilometer in weniger als 10 Millionen Jahren gehoben worden. Die heutigen Hebungsraten des Himalayas sind immer noch beachtlich. Damit konnte selbst starke Erosion nicht Schritt halten.

Nuvola Stift.png   Aufgabe 1

Sucht und markiert die beiden genannten Erdbebengebiete auf der Karte 1!