Was treibt die Plattenbewegung an?

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Bewegen sich tektonische Platten aufgrund von Bewegungen im Erdmantel oder werden die Mantelströmungen durch die Bewegung der Platten angetrieben? Oder könnte es sogar sein, dass diese Frage falsch formuliert ist? Dies ist der Ansatz der Wissenschaftler der École Normale Supérieure-PSL, des CNRS und der Universität Rom 3, die die Platten und den Mantel als zu einem einzigen System gehörig betrachten. Nach ihren Simulationen, die am 30. Oktober 2019 in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurden, ist es vor allem die Oberfläche, die den Mantel antreibt, obwohl sich das dynamische Gleichgewicht zwischen den beiden über Superkontinentszyklen verändert.

Welche Kräfte treiben die tektonische Plattenbewegungen an? Dies ist seit dem Aufkommen Theorie der Plattentektonik vor 50 Jahren immer noch eine offene Frage. Versinken die kalten Ränder der Platten langsam an den Subduktionszonen in den Erdmantel und verursachen so die an der Erdoberfläche beobachtete Bewegung oder treibt der Mantel mit seinen Konvektionsströmungen die Platten an? Für Geologen ist das vergleichbar mit dem Problem mit dem Huhn und dem Ei: Der Mantel bewirkt anscheinend, dass sich die Platten bewegen, während diese wiederum den Mantel antreiben.

Um die Kräfte bei der Arbeit zu untersuchen, behandelten Wissenschaftler des Geologischen Labors der École Normale Supérieure (CNRS/ENS-PSL), des Instituts für Geowissenschaften (CNRS/Universities Grenoble Alpes and Savoie Mont Blanc/IRD/Ifsttar) und der Universität Rom 3 die feste Erde als ein einziges unteilbares System und führten die bisher umfassendste Modellierung der Entwicklung eines fiktiven Planeten durch, der der Erde sehr ähnlich ist. Die Wissenschaftler mussten zunächst die geeigneten Parameter finden und sie anschließend in Gleichungen einsetzen, die mit einem Supercomputer gelöst wurden. Dadurch wurde es möglich, die Evolution des Planeten über einen Zeitraum von 1,5 Milliarden Jahren zu rekonstruieren.

Anhand dieses Modells konnte das Team zeigen, dass sich zwei Drittel der Erdoberfläche schneller bewegen als der darunterliegende Mantel. Also ist es die Oberfläche, die das Innere bewegt, während die Rollen für das restliche Drittel umgekehrt werden. Dieses Kräftegleichgewicht ändert sich im Laufe der geologischen Zeit, insbesondere für die Kontinente. Letztere werden während der Bauphasen eines Superkontinents, wie bei der andauernden Kollision zwischen Indien und Asien, hauptsächlich durch tiefe Bewegungen im Mantel bewegt: In solchen Fällen kann die an der Oberfläche beobachtete Bewegung Aufschluss über die Dynamik des tiefen Mantels geben. Umgekehrt wird die Bewegung bei der Auflösung eines Superkontinents hauptsächlich von den Platten angetrieben, die in den Mantel absinken.

Die Analyse enthält eine Fülle von Daten, die noch weitgehend ungenutzt sind. Die gewonnenen Daten könnten uns helfen zu verstehen, wie sich mittelozeanische Rücken bilden und wieder auflösen, wie die Subduktion ausgelöst wird oder was die Lage der Plumes bestimmt, die riesige vulkanische Ausbrüche verursachen.


Veröffentlichung: “What drives tectonic plates?” Science Advances(2019). DOI: 10.1126/sciadv.aax4295 , https://advances.sciencemag.org/content/5/10/eaax4295

Quelle: off. PM des CNRS

Titelbildunterschrift: Bilder der numerischen Lösung in dem Moment, in dem ein Superkontinent (links, in violettem Grau) zu zerfallen beginnt. Im Bild links sieht der modellierte fiktive Planet der Erde ähnlich: Seine Oberfläche und sein Mantel bewegen sich spontan, mit Geschwindigkeiten, die denen der Erde nahe kommen. Auch die Verteilung der Platten (einige davon sind groß, viele klein) ist ähnlich, ebenso wie die Topographie: Rote Farbtöne stellen flache Bereiche des Ozeans ( Rücken) dar, während Blau den Tiefseeboden anzeigt. Die tiefblauen Bereiche entsprechen den Subduktionsgraben (wo eine Platte in den Mantel sinkt). Die Kontinente sind in transparentem Weiß dargestellt (und erscheinen daher violettgrau), das rechte Bild zeigt warme Strömungen (Plumps), die aus dem Boden des Mantels aufsteigen. (Ill.: Nicolas Coltice)


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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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