Plattentektonik. Wolfgang Frisch
Читать онлайн книгу.
gemeinsamem Rotationspol und Transformstörungen bzw. Bruchzonen in deren Verlängerung am Beispiel des südlichen Atlantiks [LePichon 1968]. Die Mercatorprojektion ist auf den gemeinsamen Rotationspol zwischen Südamerikanischer und Afrikanischer Platte bezogen (58° N, 36° W). Die Transformstörungen laufen im Idealfall parallel zum Äquator der Projektion. Der Mittelozeanische Rücken hat die Tendenz, sich senkrecht dazu einzustellen.
Abb. 2.4: Unterschiedliche relative Plattengeschwindigkeiten entlang der destruktiven Plattengrenze zwischen Karibischer und Cocos-Platte in Abhängigkeit der Entfernung vom gemeinsamen Rotationspol der beiden Platten, der nordwestlich außerhalb des Kartenausschnitts liegt [DeMets et al. 1990]. Die dargestellte Kugel zeigt schematisch die Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit zwischen zwei (divergierenden) Platten von der Entfernung zum Rotationspol.
Relativbewegungen und Tripelpunkte
Die Relativbewegungen zweier Platten erfolgen an verschiedenen Stellen ihrer gemeinsamen Grenze nicht gleich schnell, nur die Winkelgeschwindigkeit ist die gleiche. Entlang ein und derselben Transformstörung ist die Bewegung gleich groß, weil alle Punkte entlang der Störung gleich weit vom gemeinsamen Rotationspol der beiden Platten entfernt liegen. Entlang der Grenze zwischen zwei divergierenden Platten wird die Spreizungsrate desto kleiner sein, je mehr man sich dem Rotationspol nähert, im Pol selbst wird sie auf Null reduziert (Abb. 2.4). Das Gleiche gilt sinngemäß für Einengungsraten zwischen konvergierenden Platten. 90° vom gemeinsamen Rotationspol der Platten entfernt ist die Bewegung am größten, und zwar entlang der einzigen möglichen Transformstörung, die einen Großkreis nachzeichnet: entlang des Äquators der Rotation.
Die Abnahme der Geschwindigkeit der Relativbewegung vom Äquator zum gemeinsamen Rotationspol erfolgt nach der Beziehung
vα = v0 cos α,
wobei vα die Geschwindigkeit der Relativbewegung auf einem Kleinkreis ist, der sich im Winkel α vom Äquator entfernt befindet (Abb. 2.4). Beträgt die Geschwindigkeit am Äquator der Rotation v0, so ist z. B. 30° vom Äquator entfernt (α = 30°)
und am gemeinsamen Rotationspol v90 = 0.
Das Plattenmuster der Erde enthält eine Anzahl von Tripelpunkten, das sind Stellen, an denen sich drei Platten oder drei Plattengrenzen treffen. Die Natur der Tripelpunkte kann sehr komplex sein. Der einfachste Fall ist ein Tripelpunkt, an dem drei ozeanische Rücken zusammenlaufen, auch RRR-Tripelpunkt genannt: R steht für (Mittelozeanischer) Rücken. Besitzen die drei Spreizungsachsen gleich hohe Ausbreitungsraten, so wird sich ein Gleichgewichtszustand einstellen, bei dem die drei Plattengrenzen in einem Winkel von 120° zueinander stehen (Abb. 2.5). Dies würde bei einem Tripelpunkt über einem gleichmäßig aufsteigenden Manteldiapir der Fall sein, wenn nicht Zwänge von anderen Platten eine Verzerrung verursachen.
Geht man davon aus, dass die Bewegung jeder einzelnen Platte jeweils mit der Geschwindigkeit v : 2 senkrecht vom Rücken weg verläuft, so ergibt sich die in Abbildung 2.5 dargestellte Geometriebeziehung. Die Vektoren, die senkrecht zur Spreizungsachse stehen, zeigen nur die Relativbewegung zweier benachbarter Platten an. Betrachtet man den Tripelpunkt als fixiert, dann bewegt sich Platte B mit der Geschwindigkeit v :
Ein Beispiel für eine solche Situation findet sich im Südatlantik, wo nahe am Mittelozeanischen Rücken der Heiße Fleck bei den Tristanda-Cunha-Inseln Vulkanbauten speist. Der Heiße Fleck erzeugte sowohl auf der Südamerikanischen als auch auf der Afrikanischen Platte Vulkane, die dann auf ihrer jeweiligen Plattenunterlage wegdrifteten (Abb. 2.6). Die Spuren dieses Heißen Flecks sind daher an den Vulkanketten abzulesen, die vom Heißen Fleck in Richtung NW (Rio-Grande-Rücken) und NO (Walfischrücken) ziehen. Wenn der Heiße Fleck dem Punkt P in dem oben gezeigten Beispiel entspricht, dann sind die Vulkane in einem bestimmten Abstand vom Heißen Fleck die Punkte P’ und P″, die das gleiche Alter besitzen. Je weiter die Vulkane vom Heißen Fleck entfernt sind, desto älter sind sie. Das Beispiel zeigt, dass die Relativbewegung der beiden Platten ziemlich genau Ost-West verläuft, was auch durch die Ausrichtung der Transformstörungen belegt wird. Die Bewegung der Platten relativ zum Heißen Fleck richtet sich aber nach NW für die Südamerikanische und nach NO für die Afrikanische Platte. Ist der Heiße Fleck ortsfest, dann zeigen Rio-Grande-Rücken und Walfischrücken die Absolutbewegung der Platten an. Heute liegt der Heiße Fleck in einiger Entfernung vom Mittelozeanischen Rücken auf der Afrikanischen Platte, so dass nur noch in der Verlängerung des Walfischrückens neue untermeerische Vulkane entstehen.
Abb. 2.5: Bewegungsrichtung und geschwindigkeit dreier Platten an einem RRRTripelpunkt (drei Rückensysteme treffen zusammen). Die Relativbewegungen zweier Platten zueinander entsprechen nicht der absoluten Plattenbewegung, die z. B. durch Vulkanketten, die an einem (ortsfesten) Heißen Fleck gebildet wurden, nachgezeichnet wird. Zur Veranschaulichung sind ozeanische Krustenstreifen gleichen Alters farblich abgestuft.
Abb. 2.6: Beispiel für einen Heißen Fleck (Tristan da Cunha), der Vulkanbauten nahe einem Mittelozeanischen Rücken speist. Der Walfisch-Rücken befindet sich auf der Afrikanischen, der Rio-Grande-Rücken auf der Südameri kanischen Platte. Die Rücken zeichnen die absolute Bewegung der beiden Platten nach. Die Zahlen geben die Alter der vulkanischen Gesteine in Millionen Jahren an.
Abb. 2.7: Vektordiagramm zur Bestimmung der Relativbewegungen zwischen drei Platten um einen Tripelpunkt wie in Abb. 2.5 dargestellt. Der Vektor AvB gibt die Bewegungsgeschwindigkeit und richtung von Platte B relativ zu Platte A an.
Die Relativbewegungen der Platten können in einem Vektordiagramm dargestellt werden. Abbildung 2.7 folgt der Darstellungsmethode von McKenzie & Parker [1967]. Befindet sich ein Beobachter auf Platte A, so bewegt sich Platte B mit der Geschwindigkeit v genau in Richtung Osten von ihm weg (AvB). Steht er auf Platte B, bewegt sich Platte C mit der gleichen Geschwindigkeit nach SSW, steht er auf Platte C, bewegt sich Platte A mit der gleichen Geschwindigkeit nach NNW. Damit kommt er wieder zum Ausgangspunkt, und die Bedingungen der Vektorgleichung
AvB + BvC + CvA = 0
sind erfüllt. Mit dem Diagramm sind die Relativbewegungen dreier Platten um einen Tripelpunkt anschaulich ausgedrückt. Sind zwei Vektoren bekannt, ergibt sich daraus der dritte.