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Plattentektonik Kontinente in Bewegung

Am 6. Januar 1912 formulierte Alfred Wegener die Hypothese, dass die Kontinente im Lauf der Zeit "wandern". Vor hundert Jahren schien diese Vorstellung noch abwegig. Doch längst ist seine Theorie belegt.

Stand: 06.09.2018

Die Kontinente bewegen sich: Sie driften auseinander, stoßen aneinander, schieben sich übereinander. Vor hundert Jahren schien diese Vorstellung noch abwegig. Doch unsere Erdkruste ist lange nicht so fest wie früher gedacht. Grund für die dauernde Erschütterung unseres Planeten sind die Bewegungen der Kontinentalplatten. Es ist noch nicht so lange her, dass Forscher erkannten, dass sich die Kontinente verschieben. Wie das komplizierte Zusammenspiel der Erdplatten funktioniert, ist bis heute nicht ganz geklärt.

Bewegte Theorie galileischen Ausmaßes

Der Meteorologe und Polarforscher Alfred Wegener formulierte die Theorie der Kontinentalverschiebung.

Der deutsche Meteorologe und Polarforscher Alfred Wegener formulierte am 6. Januar 1912 erstmals seine Theorie der Kontinentalverschiebung. Er erntete in der Fachwelt allerdings nur Kopfschütteln. Zu abwegig schien die Vorstellung, dass die Kontinente einmal verbunden gewesen und dann auseinander gedriftet sein sollten. Doch wie sonst ließe sich die Ausbuchtung des südamerikanischen so gut einpassen in die Einbuchtung des afrikanischen Kontinents? Noch fehlte Wegener aber die Erklärung, wie die riesigen Kontinentalplatten bewegt werden.

Wie die Erdplatten entstanden sind

Spezialfall Erde

Plattentektonik, also Erdplatten, die sich unabhängig voneinander auf dem flüssigen Teil des Mantels bewegen, die gibt es nur auf der Erde. Kein anderer Planet unseres Sonnensystems hat so ein System. Warum eigentlich?

Eine Milliarde Jahre Zeit

Forscher der Universitäten Harvard und Lyon haben nun in der Zeitschrift Nature ein Modell vorgestellt, das die außergewöhnliche Situation auf der Erde erklären könnte. Erste Bewegungen in der Kruste lassen sich erstmals vor vier Milliarden Jahren finden - echte Plattentektonik erst seit rund drei. Was ist da passiert in der Zwischenzeit?

Kleine Risse

In einem Computermodell simulierten die Forscher unsere feste Erdkruste, die auf einer zähflüssigen Schicht schwimmt. Die "Erdkruste" gab dann an einigen Stellen nach, es kam zu Mikrorissen. So weit, so unproblematisch, wenn weiter nichts passiert, repariert sich die Gesteinsschicht wieder von selbst.

Große Spalten

Doch wenn die zähflüssige Schicht leicht fließt und so die abgesenkten Stellen hin und her verschiebt, dann entsteht im Computermodell innerhalb von nur vier Schritten erst eine echte Spalte und dann eine Krustenplatte. In Realität wird das auf unserer Erde einige hundert Millionen Jahre gedauert haben.

Keine Platten auf der Venus

Auf der Venus und anderen Planeten unseres Sonnensystems gibt es keine Platten. Warum das so ist, konnte das Computermodell ebenfalls zeigen. Denn wenn die flüssige Schicht um 200 bis 400 Grad wärmer ist, wie zum Beispiel auf der Venus, dann bilden sich zwar auch kleine Risse, die verheilen aber viel schneller, so dass es überhaupt nicht zum endgültigen Auseinanderbrechen der Kruste kommt.

Die Konvektion kommt ins Spiel

Plattentektonik der Erde: Wärmeströmungen im Erdmantel bilden den Motor.

1929 hatte der Engländer Arthur Holmes eine Idee für den Mechanismus der Plattenverschiebung. Wenn sich Gesteinsmaterial im Erdmantel erhitzt, reduziert sich seine Dichte und es steigt zur Oberfläche auf, wo es dann wieder abkühlt und absinkt. Diesen Prozess, des Aufheizens, Aufsteigens, Abkühlens und Absinkens - ähnlich wie kochendes Wasser in einem Topf - nennt man Konvektionsstrom. Dieser Konvektionsstrom wiederum könnte der Motor für die Verschiebung der Kontinente sein.

Neuer Ozeanboden entsteht

Doch Beweise für einen solchen Mechanismus brachte erst die Verbesserung von Echolot- und Sonartechnik. Forscher der Columbia Universität führten zahlreiche Tiefenmessungen im Atlantischen Ozean durch und erstellten auf Basis dieser Messungen ein Profil des Meeresbodens. Die amerikanischen Ozeanografen Bruce Heezen und Maurice Ewing stellten 1959 eine Karte vor, die eine Gebirgskette unter dem Meer von 14.000 Kilometer Länge zeigt. Dieser Gebirgskamm mit einem Zentralgraben, der bis zu 3.000 Meter tief und zwanzig bis fünfzig Kilometer breit ist, ist Teil eines vulkanischen Gebirgssystems, das eine Gesamtlänge von 75.000 Kilometern Länge besitzt und sich wie die Naht eines Tennisballs um die Erde windet: die sogenannten mittelozeanischen Rücken. Dies ist der Ort, an dem neuer Ozeanboden entsteht.

Wichtige Begriffe knapp erklärt

Aufbau der Erde

Unter der bis zu sechzig Kilometer dicken Erdkruste (Lithosphäre) liegt der weiche Erdmantel (Asthenosphäre) aus heißem, geschmolzenem Gestein. Darunter gibt es den äußeren Erdkern. Der feste, innere Erdkern besteht aus Eisen und Nickel. Dies schloss der englische Geologe John Milne 1890 zusammen mit Kollegen der Kaiserlich Technischen Universität in Tokio mittels eines Seismografen aus dem Verhalten seismischer Wellen.

Erdbebenwellen

Der Erdbebenherd ist der Punkt unter der Erde, an dem die Gesteinsschollen brechen. Er kann Hunderte von Kilometern unter der Erde oder dem Meeresspiegel liegen. Die Bewegungen des Gesteins rufen Schwingungen hervor, die man als Erdbebenwellen bezeichnet. Am Erdbebenherd sind die Wellen am stärksten. Dabei unterscheidet man die extrem schnellen Raumwellen im Erdinnern und die langsameren Oberflächenwellen, die aber die größeren Schäden verursachen.

Konvektionsstrom

Konvektionsströme sind durch Wärme verursachte aufsteigende oder abtauchende Bewegungen. In der Geophysik bewirken sie zum Beispiel die Plattenbewegungen der Kontinente und nehmen in den einzelnen Schichten der Erde wie Erdkern, Erdmantel oder Erdkruste ständig ab oder zu, was vom Aggregatzustand der jeweiligen Schicht abhängt. Bei aufsteigenden Konvektionen driften die jeweiligen Platten auseinander, bei abtauchenden gleiten sie aufeinander zu.

Mittelatlantischer Rücken

Der Mittelatlantische Rücken ist das längste Gebirge, das hauptsächlich unterhalb des Meeresspiegels liegt. Das Gebirge im Atlantischen Ozean baut sich aus geschmolzenem Gestein auf. Die höchste Erhebung des Mittelatlantischen Rückens ist der Pico Alto mit 2.351 Metern auf den Azoren westlich von Portugal gelegen. Der Mittelatlantische Rücken ist Teil der mittelozeanischen Rücken. Diese ziehen sich wie die Naht eines Tennisballs um die Erde. Hier wird der Ozeanboden stetig erneuert.

Pazifischer Feuerring

Rund drei Viertel aller Erdbeben ereignen sich auf einem Gürtel rund um den Pazifik, der als "Ring of Fire" bezeichnet wird. Die Platten, aus denen die Erdkruste besteht, bewegen sich ständig, allerdings nur wenige Zentimeter pro Jahr. An den Plattengrenzen finden nicht nur die meisten Erdbeben statt. Auch Vulkane brechen an diesen Nahtstellen vermehrt aus.

Plattentektonik

Die Erdoberfläche besteht aus einer Gesteinsschicht, die man als Erdkruste (Lithosphäre) bezeichnet. Die Kruste setzt sich aus sieben großen und mehreren kleinen Platten zusammen. Diese Teile bewegen sich langsam vorwärts und stoßen aneinander. So entstehen enorme Spannungen, die sich bei einem Erdbeben oder einem Vulkanausbruch plötzlich entladen. Es kann aber auch im Lauf von Jahrtausenden zur Auffaltung von Gebirgen kommen.

Richter-Skala

Der amerikanische Seismologe Charles Francis Richter entwickelte 1935 seine Magnituden-Skala, die die Erdbeben-Stärke in 100 Kilometer Entfernung misst. Jeder Wert steht für ein 10-faches Ansteigen der Bodenbewegung: Ein Beben der Stärke 8 ist 100-mal stärker als eines der Stärke 6. Die nach oben offene Richterskala hört in Wahrheit bei einer Stärke von 6,5 auf. Deshalb wird heute die Momenten-Magnituden-Messung statt der Richter-Skala verwendet - auch wenn der Begriff in den Medien noch häufig benutzt wird.

San-Andreas-Graben

Der San-Andreas-Graben liegt an der kalifornischen Pazifikküste der Vereinigten Staaten. Die geologische "Narbe" ist über 1.100 Kilometer lang und liegt auf der Grenze zwischen der Pazifischen und der Amerikanischen Platte. Die beiden Platten ziehen beständig aneinander vorbei. Im Graben werden jährlich rund 20.000 Erdstöße registriert.

Seafloor-Spreading

Ozeanbodenspreizung (engl.: Seafloor spreading) wird ein geologisch-tektonischer Prozess genannt, der Anfang der 1960er Jahre durch Forschungsschiffe entdeckt wurde und den ersten messbaren Hinweis auf die später formulierte Theorie der Plattentektonik gab. Die Spreizung des Ozeanbodens durch neue Krustenbildung gleicht den Verlust der Erdkruste an den Subduktionszonen aus, wo Platten zusammenstoßen und eine unter die andere geschoben (subduziert) wird.

Seismograf

Mit einem Seismografen lassen sich die Erdbebenwellen, die Stärke und die Dauer eines Bebens aufzeichnen. Die Stärke drückt man als Zahl auf einer Skala aus, um die Bebenstärke miteinander vergleichen zu können. Früher wurde die Richter-Skala verwendet, die der Amerikaner Charles F. Richter 1935 entwickelte. Heute benutzt man die Momenten-Magnituden-Skala. Das bislang stärkste Beben wurde 1960 in Chile mit einer Magnitude von 9,5 gemessen.

Subduktion

Die stärksten Erdbeben entstehen dort, wo zwei Platten aufeinander stoßen und die eine unter die andere absinkt. Diesen Vorgang nennt man Subduktion. Im Falle des Erdbebens in Chile zwängte sich der pazifische Meeresboden, die Nazca-Platte, mit Gewalt unter den südamerikanischen Kontinent. Die Folge war das starke Beben am 27. Februar 2010.

Transformstörung

Mit einer Transformstörung werden Verwerfungszonen bezeichnet, bei denen sich die tektonischen Platten seitlich aneinander vorbeischieben. Dabei können sich die Platten ineinander verhaken, bis zu dem Moment, an dem die Reibungskräfte zu groß werden und sich die angesammelte Energie schlagartig in einem Erdbeben entlädt. Ein bekanntes Beispiel für eine Transformstöung ist der San-Andreas-Graben.

Tsunami

Tsunami ist japanisch und bedeutet "große Woge im Hafen". Tsunamis werden von den Wellen eines Seebebens ausgelöst. Dabei entstehen oft meterhohe Wellen an der Wasseroberfläche, die an den Küsten große Schäden anrichten. Der letzte große Tsunami ereignete sich am 26. Dezember 2004 in Südasien mit rund 230.000 Toten.

Verwerfung

Die Kontinentalplatten bestehen aus Gesteinsschichten. Reiben sich die Platten aneinander, werden die Schichten geschoben, gezogen und gefaltet. Während die Kräfte im Erdinnern gewaltig sind, sind die Bewegungen an der Oberfläche gering. So dauert es Jahrtausende, bis ein Gebirge entsteht. Brechen die Schichten unter Druck, entsteht eine Verwerfung. Die größten Verwerfungen befinden sich an Plattengrenzen.

Vorhersage

Bis heute sind Wissenschaftler nicht in der Lage, Erdbeben verlässlich vorherzusagen. Es gibt zwar Tsunami-Frühwarnsysteme, die helfen sollen, die Bevölkerung rechtzeitig in Sicherheit zu bringen. Aber selbst modernste Messgeräte sind bis heute nicht in der Lage, Katastrophen vorzeitig zu erkennen. Viel Forschungsarbeit wird aber geleistet, um Gebäude mithilfe von Architekten und Ingenieuren erdbebensicher zu gestalten.

Alte Dame Kontinent - junger Hüpfer ozeanische Kruste

Wo die Konvektionsströme absteigen, dringt abgekühlte ältere ozeanische Kruste an den tiefen Ozeangräben in den Erdmantel zurück. Der Meeresboden breitet sich aus und verlagert sich dabei gleichzeitig. Während sich beispielsweise der Atlantik um zwei Zentimeter im Jahr vergrößert, schrumpft der Pazifik gleichzeitig durch das Abtauchen von Krustenplatten. Je weiter man sich von den Ozeanrücken in Richtung der Kontinente bewegt, desto älter werden die Gesteine. Durch die ständige Neubildung von ozeanischer Kruste bei gleichzeitiger Subduktion gibt es derzeit keinen Meeresboden, der älter als 200 Millionen Jahre ist. Das bedeutet aber auch, dass in dieser Zeit die Kontinente, wie zum Beispiel Südamerika und Afrika, noch zusammenhingen. Den endgültigen Beweis für die Kontinentaldrift lieferte die magnetische Vermessung der Unterwasserrücken Anfang der 1960er-Jahre.

Der späte Sieg der Plattentektonik

Bewegungsformen von Erdschollen bei einem Erdbeben

Das Magnetfeld der Erde kehrt sich alle paar hunderttausend Jahre um. Gestein aus verschiedenen geologischen Zeitabschnitten kann daher gegensätzliche magnetische Polarisierung aufweisen. Auf dem Meeresboden treten diese Umkehrungen in nebeneinander liegenden Schichten, also in Streifen, auf. Jeder Polung eines Gesteinsstreifens kann eine bestimmte Zeit zugeordnet werden. In der Mitte des Grabens wird neuer Ozeanboden gebildet, weiter vom Grabenbruch entfernte Gesteinsstreifen sind älteren Datums. Für viele Geologen war damit ein entscheidendes Indiz dafür gefunden, dass die Erdkruste nicht statisch ist, sondern sich in ständiger Bewegung befindet. Wegener selbst erlebte seinen Triumph nicht mehr. Er war bereits 1930 auf einer Grönlandexpedition ums Leben gekommen.

  • "Die 4 Elemente - Die Geschichte der Kontinente"(Folge 15): am 16. Februar 2017 um 17 Uhr, ARD-alpha.
  • "Hintergrund Erdbeben": am 24. August 2016 um 18.30 Uhr in der "Rundschau", BR Fernsehen
  • Die Entstehung der Kontinente - Alfred Wegener und die Plattentektonik: am 4. Juli 2016 um 13.45 Uhr, ARD-alpha.

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