1912 schlug der Meteorologe Alfred Wegener (1880-1930) vor, dass die Kontinente einst einen einzigen Superkontinent, Pangäa, bildeten und sich seit Hunderten von Millionen Jahren langsam verschieben. Die Ähnlichkeit der afrikanischen und südamerikanischen Küsten, die Kontinuität geologischer Formationen von einem Kontinent zum anderen und das Vorhandensein identischer Fossilien auf heute durch Ozeane getrennten Landmassen sprechen für seine Theorie. Dennoch lehnte die wissenschaftliche Gemeinschaft sie ab, da es keinen glaubwürdigen Mechanismus gab, der die Bewegung ganzer kontinentale Massen erklären konnte.
Erst in den 1950er-1960er Jahren enthüllte die Kartierung der Meeresböden die mittelozeanischen Rücken. Die Plattentektonik nahm dann ihre moderne Form an, dank der Arbeiten von Harry Hess (1906-1969), der die Meeresbodenspreizung vorschlug, und J. Tuzo Wilson (1908-1993), der die Konzepte der Hotspots und Transformstörungen einführte.
Die Erde ist in konzentrische Schichten mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften strukturiert. Die Temperatur im Zentrum erreicht etwa 5.100 Grad Celsius, die aus zwei Quellen stammen: der primordialen Wärme, die von der Akkretion vor 4,5 Milliarden Jahren stammt, und der Wärme, die kontinuierlich durch den Zerfall von Uran-238, Thorium-232 und Kalium-40 erzeugt wird.
| Schicht | Dicke (km) | Temperatur (°C) | Zustand | Tektonische Rolle |
|---|---|---|---|---|
| Lithosphäre | 5 bis 70 | 0 bis 300 | Fest, starr | Bildet die sich bewegenden tektonischen Platten |
| Asthenosphäre | 200 bis 300 | 300 bis 900 | Zähflüssig, teilweise geschmolzen | Ermöglicht das Gleiten der lithosphärischen Platten |
| Unterer Mantel | 2.200 | 900 bis 3.700 | Fest, zähflüssig | Ort der tiefen Konvektionsströme |
| Äußerer Kern | 2.260 | 3.700 bis 5.000 | Flüssig | Erzeugt das Erdmagnetfeld |
| Innerer Kern | 1.220 | 5.000 bis 5.100 | Fest | Reservoir der primordialen Wärme |
Im Laufe von Millionen von Jahren verhält sich der feste Mantel wie eine sehr zähflüssige Flüssigkeit und gerät in thermische Konvektion: Heiße Gesteine steigen auf, kühlen an der Oberfläche ab und sinken dann wieder ab. Diese Konvektionszellen ziehen die lithosphärischen Platten über sich hinweg, ähnlich wie Flöße auf einem Fluss.
Der Mechanismus ist jedoch komplexer: Don Anderson (1933-2014) und Claude Allègre (1937-) zeigten, dass der Zug, der durch die kalten, in Subduktionszonen absinkenden Platten ausgeübt wird, genauso viel oder sogar mehr zur Bewegung beiträgt als der Schub der Rücken. Das Gewicht der alten, abgekühlten Platten ist tatsächlich eine der Hauptantriebskräfte des Systems.
Die Platten bewegen sich zwischen 1 und 15 Zentimetern pro Jahr: Der Atlantik beispielsweise wird jedes Jahr etwa 2,5 Zentimeter breiter, was der Breite eines Fingernagels entspricht, und entfernt Europa und Amerika alle vierzig Jahre um einen Meter voneinander. Die beiden Kontinente, die heute fast 6.000 Kilometer voneinander entfernt sind, begannen vor etwa 180 Millionen Jahren während des Auseinanderbrechens von Pangäa, sich zu trennen.
An divergierenden Grenzen bewegen sich zwei Platten voneinander weg, und Magma steigt auf, um neue ozeanische Kruste zu bilden. Dies ist der Mechanismus der mittelozeanischen Rücken: Der Mittelatlantische Rücken erstreckt sich über mehr als 16.000 Kilometer, und Island ist einer der wenigen Orte, an denen er über den Meeresspiegel aufragt.
An konvergierenden Grenzen kollidieren zwei Platten. Wenn eine ozeanisch ist, taucht sie unter die andere in einer Subduktionszone ab und erzeugt Vulkane, Erdbeben und Tsunamis, wie entlang des Peru-Chile-Grabens. Wenn beide kontinental sind, faltet sich die Kruste und bildet Gebirgsketten: Der Himalaya entstand so vor 50 Millionen Jahren durch die Kollision der indischen und der eurasischen Platte.
An Transformstörungen gleiten zwei Platten seitlich aneinander vorbei, ohne Kruste zu erzeugen oder zu zerstören. Die Reibung baut Spannungen auf, die sich in Erdbeben entladen: Die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien ist das bekannteste Beispiel.
Die an den Rücken gebildeten Gesteine zeichnen die Ausrichtung des Erdmagnetfeldes zum Zeitpunkt ihrer Verfestigung auf. Da sich dieses Feld viele Male umgekehrt hat, beobachtet man auf beiden Seiten der Rücken symmetrische Bänder mit abwechselnder Polarität, ein direkter Beweis für die Ausdehnung des Meeresbodens. Diese Arbeit von Drummond Matthews (1931-1997) und Frederick Vine (1939-) war in den 1960er Jahren entscheidend.
| Platte | Fläche (106 km2) | Geschwindigkeit (cm/Jahr) | Vorherrschender Typ | Bemerkenswertes assoziiertes Phänomen |
|---|---|---|---|---|
| Pazifische Platte | 103 | 5 bis 10 | Subduktion und Translation | Pazifischer Feuerring, Marianengraben |
| Nordamerikanische Platte | 76 | 2 bis 3 | Divergenz (Osten) und Translation (Westen) | Mittelatlantischer Rücken, San-Andreas-Verwerfung |
| Eurasische Platte | 68 | 2 bis 3 | Divergenz (Westen) und Kollision (Süden) | Himalaya (Kollision mit der indischen Platte) |
| Afrikanische Platte | 61 | 2 bis 3 | Mehrfachdivergenz | Ostafrikanischer Graben, entstehender Ozean |
| Antarktische Platte | 60 | 1 bis 2 | Divergenz (Ränder) | Fast auf ihrem gesamten Umfang von Rücken umgeben |
| Indisch-Australische Platte | 58 | 6 bis 7 | Schnelle Konvergenz (Norden) | Himalaya, Australische Alpen, Sumatra-Erdbeben |
| Südamerikanische Platte | 44 | 2 bis 3 | Divergenz (Osten) und Subduktion (Westen) | Anden, Peru-Chile-Graben, aktive Vulkane |
| Nazca-Platte | 16 | 7 bis 8 | Schnelle Subduktion | Subduktion unter Südamerika, Bildung der Anden |
| Philippinische Platte | 5,5 | 6 bis 8 | Subduktion (Osten und Westen) | Philippinischer Inselbogen, intensiver Vulkanismus |
| Arabische Platte | 5 | 2 bis 3 | Kollision (Norden) und Divergenz (Süden) | Rotes Meer (entstehender Graben), Zagros, Kaukasus |
N.B.: Die angegebenen Geschwindigkeiten sind Durchschnittswerte, die durch räumliche Geodäsie (GPS) gemessen wurden. Sie können je nach dem betrachteten Teil der Platte und der Messachse erheblich variieren. Die Fläche umfasst in einigen Fällen kleinere angrenzende Platten, wenn Geologen sie unter demselben Namen zusammenfassen.
Paläomagnetische und geochemische Daten ermöglichen es, die aufeinanderfolgenden Zusammenkünfte und Zerstreuungen der kontinentalen Massen nachzuverfolgen. Dieser Zyklus, der zu Ehren von J. Tuzo Wilson (1908-1993) Wilson-Zyklus genannt wird, sagt voraus, dass sich die Kontinente in etwa 250 Millionen Jahren wieder vereinen werden, um einen neuen Superkontinent zu bilden, der manchmal Pangea Proxima oder Amasia genannt wird, je nach Modell.
| Superkontinent | Bildung | Zerstreuung | Bemerkung |
|---|---|---|---|
| Nuna / Columbia | ~ 1,8 Milliarden Jahre | ~ 1,5 Milliarden Jahre | Erster gut dokumentierter Superkontinent; zentriert bei etwa 30-40° N, hauptsächlich in der nördlichen tropischen Hemisphäre |
| Rodinia | ~ 1,1 Milliarden Jahre | ~ 750 Millionen Jahre | Sein Zerfall könnte eine globale Vereisung ausgelöst haben; zentriert bei etwa 10-20° S, über den Äquator gespannt |
| Pangäa | ~ 335 Millionen Jahre | ~ 175 Millionen Jahre | Zerfällt in Laurasia (Norden) und Gondwana (Süden); zentriert bei etwa 10° N, von 85° S bis 85° N reichend |
| Pangäa Proxima / Amasia | ~ in 250 Millionen Jahren | - | Zukünftiger Superkontinent, der von Modellen vorhergesagt wird; zentriert bei etwa 30-60° N je nach Szenario, um den Arktischen Pol für Amasia |
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