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7.3 – Das Wachstum der kontinentalen Lithosphäre: Der Subduktionskanal

Als die Quarz-Hochdruckvariante Coesit und Diamant in metamorphen Gesteinen der kontinentalen Kruste entdeckt wurden, änderte sich das Verständnis des Wachstums der kontinentalen Kruste grundlegend. Die metamorphen Gesteine müssen zeitweilig in Tiefen von mehr als 150 Kilometern gelegen haben – also tiefer als die kontinentale Kruste dick ist. Hochdruckmetamorphe Gesteine erwiesen sich als verbreiteter Bestandteil der kontinentalen Kruste. Mit den herkömmlichen, schematischen Vorstellungen von Subduktion und Gebirgsbildung ließen sich diese Befunde nicht erklären. Neuartige Prozesse der Versenkung und Exhumierung waren gefragt.

Hochdruckmetamorphe Gesteine kommen meist räumlich eng begrenzt vor, sind in manchen Gebirgsgürteln aber sehr häufig. Aus den vorhandenen Mineralien lässt sich schließen, dass sich das Gestein während der Druckentlastung deutlich abkühlte. Die Zeitspanne der Exhumierung muss während eines eng begrenzten Zeitraums mit einer Geschwindigkeit von mindestens einigen Zentimetern pro Jahr erfolgt sein. Anhand dieser Merkmale ergibt sich ein neues, komplizierteres Bild der Subduktion. Dieser Hypothese zufolge steigt zuvor subduziertes Material in einem engen Keil oberhalb der subduzierten Platte gegenläufig nach oben. In der Fachsprache heißt diese Gegenbewegung Subduktionskanal. Die Ergebnisse numerischer Simulationen stützen dieses Konzept. Herkömmliche Vorstellungen dazu, wie die Platten mechanisch gekoppelt sind, wie die Temperaturen verteilt sind und wie Erdbeben entstehen, sind damit in Frage gestellt. Außerdem erscheint die generelle Entwicklung kontinentaler Kruste in einem neuen Licht.

Schematische Darstellung der Hellenischen Subduktionszone

Schematische Darstellung der Hellenischen Subduktionszone: Möglicherweise ist Material aus einem Subduktionskanal dafür verantwortlich, dass Kreta sich so stark gehoben hat, obwohl es in einem Milieu liegt, das durch Krustendehnung charakterisiert ist. Die Sterne zeigen die Verteilung von Erdbebenherden (Quelle: Bernhard Stöckhert, Bochum, modifizert nach: T. Meier et. al. (2007): A model for the Hellenic subduction zone in the area of Crete based on seismological investigations. Aus: Geological Society, London, Special Publications 2007; v. 291; p. 183-199. doi:10.1144/SP291.9

Wissenschaftliche Herausforderungen

Die zahlreichen Vorkommen hochdruckmetamorpher Gesteine in der kontinentalen Kruste lassen sich durch die Hypothese des Subduktionskanals gut erklären. Die Hyopthese gibt aber keine Auskunft darüber, ob sich Subduktionskanäle an allen konvergenten Plattengrenzen bilden oder ob sie eher die Ausnahme sind. Es ist möglich, dass sich Subduktionskanäle nur in bestimmten Stadien der Subduktion ausbilden, dass die Subduktionszone dafür eine bestimmte Geometrie haben muss, oder dass abtauchende ozeanische Lithosphäre und überfahrende Platte ganz bestimmte Eigenschaften haben müssen. Diese Informationen sind für fossile Systeme generell nicht verfügbar.

Rolle des Subduktionskanals

Die Frage, ob Subduktionskanäle existieren, ist essenziell, um die Subduktion und damit die Plattentektonik zu verstehen. Es ist daher dringend nötig, entsprechende geophysikalische Untersuchungen in heute aktiven Subduktionszonen durchzuführen. Ein Subduktionskanal kann durchaus mit seismologischen Methoden abgebildet werden. Dazu wird ein dichtes Netz aus Seismographen an Land und am Ozeanboden benötigt.

Seismische Kartierung

Hinweise darauf, welche Fließ- und Vermischungsvorgänge sich in einem Subduktionskanal abspielen, könnte man in Gebirgen finden. Bestimmte Merkmale von Gebirgen könnten auf spezifische Eigenschaften der früheren Subduktionszone hinweisen. Um solche Fragen zu erforschen, müssen aber zunächst Subduktionskanäle in aktiven Subduktionszonen identifiziert und erforscht werden.

Prozesse in einer Subduktionszone

Momentaufnahme der seismischen Wellenausbreitung im Keil zwischen subduzierter und überfahrender Platte

Momentaufnahme der seismischen Wellenausbreitung im Keil zwischen subduzierter und überfahrender Platte. Ein Erdbeben am Plattenkontakt in 90 Kilometer Tiefe hat die Wellen angeregt (Quelle: Schwalbach, N. (2009): Geführte Wellen in der Hellenischen Subduktionszone -numerische Modellierung und Beobachtung, Masterarbeit, Ruhr-Universität Bochum)

zuletzt geändert am 2014-08-26 11:05:04 durch Jana Stone | Impressum