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7.4 – Aufbau und Entwicklung von kontinentalen Plattenrändern

An Kontinenträndern grenzt junge, dünne ozeanische Kruste mit basaltischer Zusammensetzung an ältere, dicke kontinentale ­Kruste mit einer vergleichsweise langen und komplexen Vorgeschichte. Gehören beide zur gleichen Lithosphärenplatte, so handelt es sich um einen passiven Kontinentrand. Solche passiven Kontinentränder entstehen, wenn ein Kontinent zerbricht und sich neue, ozeanische Kruste zwischen den beiden Teilen dieses Kontinents bildet.

Ein passiver Kontinentrand ist keine Plattengrenze. Im Gegensatz dazu steht der aktive Kontinentrand, an dem ozeanische Li­thosphäre unter kontinentale Lithosphäre subduziert wird. An einem solchen Kontinentrand spielen sich tektonische Bewegungen ab, womit Erdbeben und aktiver Vulkanismus verknüpft sind. Beide Typen von Kontinenträndern spielen für die Menschheit eine zentrale Rolle, da die Küstenregionen bevorzugte Siedlungsräume sind. Einerseits ist eine große Zahl von Menschen dem spezifischen Gefährdungspotenzial der aktiven Kontinentränder ausgesetzt, andererseits konzentrieren sich an Kontinenträndern auch Rohstoffe unterschiedlichster Art.

Früher dachte man, dass Kontinente aufbrechen, wenn kontinentale Kruste mit oder ohne Vulkanismus immer weiter ausdünnt. Der Theorie zufolge bildet sich dann entweder eine neue ozeanische Spreizungszone oder die Ausdünnung kommt vorher zum Stillstand. Tatsächlich ist der Vorgang wesentlich komplizierter: Das Aufbrechen geht zeitlich und räumlich viel sprunghafter vor sich als man bislang annahm. Um die Abläufe besser zu verstehen, ist es erforderlich, die Entwicklung vom ersten Zerbrechen bis zur gleichmäßigen Krustenspreizung sowohl an aktiven als auch an fossilen Spreizungszonen zu untersuchen. Beim Standardmodell für divergente Ränder wird angenommen, dass die Lithosphäre nach dem Aufspalten abkühlt und allmählich absinkt. Zusätzlich zur Abkühlung durch Wärmeleitung müssen aber weitere Prozesse beteiligt sein. Bei der frühen Entwicklung eines Randes treten ungeklärte Phänomene auf, die sich mit dem einfachen Modell nicht erklären lassen. Es ist zu untersuchen, inwieweit diese Anomalien mit anderen Phänomenen zusammenhängen, zum Beispiel mit Änderungen in der Plattenbewegung, mit Hot Spots oder mit einer ungewöhnlich starken Sedimentzufuhr. Ferner ist die Frage zu beantworten, wie sich Hebungen und Senkungen auf die Stabilität des Kontinent­hangs und auf die Entwicklung von Kohlenwasserstofflagerstätten auswirken.

Topographische und bathymetrische Karte des Atlantischen Ozeans

Topographische und bathymetrische Karte des Atlantischen Ozeans und der umliegenden Kontinente. Die Meeresbodenoberfläche ist asymmetrisch verteilt. An dieser Verteilung kann auf die Mechanismen bei der Bildung dieser divergenten Plattengrenze geschlossen werden (Quelle: Hans-Peter Bunge, 2008, Ludwig-Maximilians-Universität (LMU), München)

Wissenschaftliche Herausforderungen

An manchen divergenten Kontinenträndern ist ein äußerst intensiver, aber kurzlebiger Vulkanismus verbreitet. Solche Eruptionen hatten wahrscheinlich in früheren Erdzeitaltern dramatische, globale Auswirkungen auf die Umwelt. Die vulkanischen Kontinent­ränder zählen zu den großen magmatisch-vulkanischen Provinzen der Erde. Ihre Entstehung kann mit dem plattentektonischen Paradigma bislang nicht überzeugend erklärt werden. Es wird vermutet, dass ein enger Zusammenhang zwischen Hot Spots und dem Aufspalten von Kontinenten besteht. Warum der vorübergehende Magmatismus manchmal auftritt und manchmal nicht, ist aber bislang nicht hinreichend untersucht. Möglicherweise hat dieser Magmatismus erhebliche Konsequenzen für das Kohlenwasserstoffpotenzial eines Gebietes.

Vulkanismus divergierender Kontinentränder

An konvergenten Kontinenträndern spielen Fluide eine große Rolle für Prozesse wie Erdbebentätigkeit, Magmatismus, Massen- und Stofftransport und Lagerstättenbildung. Die Gesteine und Sedimente der abtauchenden Platte setzen die Fluide frei. Allerdings ist bisher kaum bekannt, woher genau die Fluide kommen und welche Mengen entstehen.

Fluide an Kontinenträndern

Profilschnitt durch einen konvergenten Plattenrand anhand von neuen Erkenntnissen aus der Erforschung solcher Regionen, zum Beispiel den Anden Südamerikas.

Profilschnitt durch einen konvergenten Plattenrand anhand von neuen Erkenntnissen aus der Erforschung solcher Regionen, zum Beispiel den Anden Südamerikas. 11: ozeanische Mantellithosphäre; 2: ozeanische Kruste; 3: Blauschiefer; 4: Jurassische magmatische Unterplattung; 5: intrudierte Kruste des Forearc; 6: hydratisierter Erdmantel?; 7: Fluide, Schmelzehn und Andesitintrusionen; 8: Fluidfalle über abtauchender Platte; 9: seismisch transparenter magmatischer Bogen; 10: Top von Schmelz- und Fluidlagen; 11: verdickte, teilgeschmolzene Kruste hinter dem Vulkanbogen; 12: unscharfe Moho; 13: Schergefüge?; 14: dünnhäutiger Überschiebungsgürtel; 15: kontinentaler Erdmantel (Quelle: Onno Oncken, Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungs Zentrum (GFZ))

Gegenwärtig geht man davon aus, dass der Porendruck eine entscheidende Rolle dabei spielt, ob ein Erdbeben entsteht und sich weiter ausbreitet. Es sind daher Experimente erforderlich, um zu klären, welche Zusammenhänge zwischen Erdbeben und Fluidabgabe, Fluidmigrationswegen, Druckentwicklung, Permeabilität und Deformation bestehen. Wenn die geologischen Randbedingungen besser bestimmt sind, lässt sich auch das seismische Risiko besser abschätzen. Zum Beispiel könnte die abtauchende ozeanische Lithosphäre unmittelbar vor dem Tiefseegraben Wasser aufnehmen. Dort knickt die Platte ab, und es bilden sich Risse im Gestein, so genannte Dehnungsstörungen. Ob die Platte in dieser Region tatsächlich Wasser aufnimmt, ist aber kaum untersucht. Die fraglichen Risse könnten mit Bereichen übereinstimmen, in denen ein sehr niedriger Wärmefluss vorhanden ist. Es werden daher geophysikalische Techniken benötigt, die die abtauchende ozeanische Platte und die Plattengrenzfläche im Detail abbilden.

Der Magmatismus konvergenter Ränder wird durch Fluide angetrieben, die in Tiefen von 100 bis 150 Kilometern freigesetzt werden. Typischerweise sind die vulkanischen Zentren etwa 50 Kilometer voneinander entfernt. Der Grund dafür ist unbekannt. Nach jüngeren Vorstellungen müssen die Fluide aus der subduzierten Platte eine große Rolle spielen. Wie die Fluide verteilt sind und wie schnell sie fließen, ist jedoch unbekannt. Die Fluide sind der Schlüssel dazu, den Schmelzfluss besser zu verstehen und herauszufinden, welche Prozesse den Bogenvulkanismus steuern.

Vulkanismus konvergierender Kontinentränder

An konvergenten Kontinenträndern treten nicht nur aktiver Vulkanismus und Erdbeben auf, sondern auch ausgeprägte Stoffaustauschprozesse. Damit sind großskalige tektonische Veränderungen wie Gebirgs- und Beckenbildung oder Wachstum und Vernichtung von kontinentaler Lithosphäre verbunden. Bei diesen Prozessen können auch bedeutende mineralische Lagerstätten entstehen. Welche Faktoren den Materialtransfer an den verschiedenen Typen von konvergenten Kontinenträndern steuern, welche Prozesse damit verbunden und wie sie gekoppelt sind, ist nur unzureichend bekannt. Welche tektonischen Randbedingungen nötig sind, damit sich Forearc- und Backarc-Becken mit Kohlenwasserstofflagerstätten ausbilden, ist ebenfalls wenig verstanden.

Stoffaustauschprozesse

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