Plattentektonik

Vereinfachte Karte der wichtigsten tektonischen Platten der Erde, die in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts kartiert wurden (rote Pfeile zeigen die Bewegungsrichtung der Plattengrenzen an) ⓘ

Diagramm der inneren Schichtung der Erde, das die Lithosphäre über der Asthenosphäre zeigt (nicht maßstabsgetreu) ⓘ

Plattentektonik (spätlateinisch: tectonicus, altgriechisch: τεκτονικός, wörtl. 'zum Bauen gehörend') ist die allgemein anerkannte wissenschaftliche Theorie, die davon ausgeht, dass die Lithosphäre der Erde aus einer Reihe großer tektonischer Platten besteht, die sich seit etwa 3,4 Milliarden Jahren langsam bewegen. Das Modell basiert auf dem Konzept der Kontinentaldrift, das in den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts entwickelt wurde. Die Plattentektonik wurde von den Geowissenschaftlern allgemein akzeptiert, nachdem die Ausbreitung des Meeresbodens Mitte bis Ende der 1960er Jahre bestätigt wurde. ⓘ

Die Lithosphäre der Erde, d. h. die starre äußere Hülle eines Planeten (die Kruste und der obere Mantel), ist in sieben oder acht Hauptplatten (je nach Definition) und viele kleinere Platten oder "Plättchen" unterteilt. Wo die Platten aufeinander treffen, bestimmt ihre relative Bewegung die Art der Plattengrenze: konvergent, divergent oder transformierend. Entlang dieser Plattengrenzen (oder Verwerfungen) kommt es zu Erdbeben, Vulkanismus, Gebirgsbildung und der Bildung ozeanischer Gräben. Die relative Bewegung der Platten liegt normalerweise zwischen null und 10 cm pro Jahr. ⓘ

Die tektonischen Platten bestehen aus der ozeanischen Lithosphäre und der dickeren kontinentalen Lithosphäre, die jeweils von einer eigenen Art von Kruste bedeckt sind. Entlang konvergenter Grenzen wird durch den Prozess der Subduktion, d. h. der Verschiebung einer Platte unter eine andere, der Rand der unteren Platte in den Erdmantel hineingetragen; der Materialverlust wird durch die Bildung neuer (ozeanischer) Kruste entlang divergierender Ränder durch die Ausbreitung des Meeresbodens ausgeglichen. Auf diese Weise bleibt die gesamte geoide Oberfläche der Lithosphäre konstant. Diese Vorhersage der Plattentektonik wird auch als Förderbandprinzip bezeichnet. Frühere Theorien, die inzwischen widerlegt wurden, gingen von einer allmählichen Schrumpfung (Kontraktion) oder einer allmählichen Ausdehnung des Erdballs aus. ⓘ

Die tektonischen Platten können sich bewegen, weil die Lithosphäre der Erde eine größere mechanische Festigkeit aufweist als die darunter liegende Asthenosphäre. Seitliche Dichteschwankungen im Erdmantel führen zu Konvektion, d. h. zu einer langsamen, schleichenden Bewegung des festen Erdmantels. Man geht davon aus, dass die Plattenbewegung durch eine Kombination aus der Bewegung des Meeresbodens weg von Spreizungsrücken aufgrund von Variationen in der Topografie (der Rücken ist ein topografischer Hochpunkt) und Dichteänderungen in der Kruste (die Dichte nimmt zu, wenn die neu gebildete Kruste abkühlt und sich vom Rücken entfernt) angetrieben wird. An Subduktionszonen sinkt die relativ kalte, dichte ozeanische Kruste über den nach unten konvektiven Schenkel einer Mantelzelle in den Erdmantel ab. Die relative Bedeutung jedes dieser Faktoren und ihre Beziehung zueinander ist unklar und immer noch Gegenstand vieler Diskussionen. ⓘ

Weltkarte mit vereinfachter Darstellung der Lithosphärenplatten ⓘ

Die Kinematik der Platten. Die dargestellten Richtungen und Geschwindigkeiten der Drift wurden aus GPS-Rohdaten ermittelt. ⓘ

Plattentektonik ist ursprünglich die Bezeichnung für eine Theorie der Geowissenschaften über die großräumigen tektonischen Vorgänge in der äußeren Erdhülle, der Lithosphäre (Erdkruste und oberster Erdmantel), die heute zu den grundlegenden Theorien über die endogene Dynamik der Erde gehört. Sie besagt, dass die äußere Erdhülle in Lithosphärenplatten (umgangssprachlich als Kontinentalplatten oder Erdplatten bezeichnet) gegliedert ist, die dem übrigen Oberen Erdmantel aufliegen und darauf umherwandern (→ Kontinentaldrift). ⓘ

Vorrangig bezeichnet der Begriff Plattentektonik heute jedoch nicht mehr die Theorie, sondern das mittlerweile in weiten Teilen direkt oder indirekt nachgewiesene Phänomen als solches. Selbiges kann als an der Erdoberfläche auftretender Ausdruck der Mantelkonvektion im Erdinneren aufgefasst werden, hat aber noch weitere Ursachen. ⓘ

Zu den mit der Plattentektonik verbundenen Prozessen und Erscheinungen zählen die Entstehung von Faltengebirgen (Orogenese) durch den Druck zusammenstoßender Kontinente sowie die häufigsten Formen von Vulkanismus und Erdbeben. ⓘ

Reliefkarte der Erdoberfläche mit den Lithosphärenplatten und Angaben zur Geodynamik ⓘ

Wichtigste Grundsätze

Die äußeren Schichten der Erde werden in Lithosphäre und Asthenosphäre unterteilt. Die Einteilung beruht auf Unterschieden in den mechanischen Eigenschaften und in der Art der Wärmeübertragung. Die Lithosphäre ist kühler und starrer, während die Asthenosphäre heißer ist und leichter fließt. Was die Wärmeübertragung betrifft, so verliert die Lithosphäre Wärme durch Konduktion, während die Asthenosphäre auch Wärme durch Konvektion überträgt und einen nahezu adiabatischen Temperaturgradienten aufweist. Diese Unterteilung ist nicht zu verwechseln mit der chemischen Unterteilung derselben Schichten in den Erdmantel (der sowohl die Asthenosphäre als auch den Mantelanteil der Lithosphäre umfasst) und die Kruste: ein bestimmtes Stück Erdmantel kann je nach Temperatur und Druck zu unterschiedlichen Zeiten Teil der Lithosphäre oder der Asthenosphäre sein. ⓘ

Das Grundprinzip der Plattentektonik besteht darin, dass die Lithosphäre als getrennte und unterschiedliche tektonische Platten existiert, die auf der flüssigkeitsähnlichen (viskoelastischen festen) Asthenosphäre ruhen. Die Plattenbewegungen reichen von typischen 10-40 mm/Jahr (Mittelatlantischer Rücken; etwa so schnell wie Fingernägel wachsen) bis zu etwa 160 mm/Jahr (Nazca-Platte; etwa so schnell wie Haare wachsen). Der Antriebsmechanismus für diese Bewegung wird im Folgenden beschrieben. ⓘ

Die tektonischen Lithosphärenplatten bestehen aus einem lithosphärischen Mantel, der von einer oder zwei Arten von Krustenmaterial überlagert wird: ozeanische Kruste (in älteren Texten Sima genannt, nach Silizium und Magnesium) und kontinentale Kruste (Sial, nach Silizium und Aluminium). Die durchschnittliche ozeanische Lithosphäre ist in der Regel 100 km dick; ihre Dicke hängt von ihrem Alter ab: Im Laufe der Zeit kühlt sie leitfähig ab, und der darunter liegende kühlende Mantel wird zu ihrer Basis hinzugefügt. Da er sich an mittelozeanischen Rücken bildet und sich nach außen ausbreitet, ist seine Dicke eine Funktion der Entfernung von dem mittelozeanischen Rücken, an dem er sich gebildet hat. Bei einer typischen Entfernung, die ozeanische Lithosphäre zurücklegen muss, bevor sie subduziert wird, variiert die Dicke von etwa 6 km an mittelozeanischen Rücken bis zu mehr als 100 km an Subduktionszonen; bei kürzeren oder längeren Entfernungen wird die Dicke der Subduktionszone (und damit auch die mittlere Dicke) kleiner bzw. größer. Die kontinentale Lithosphäre ist in der Regel etwa 200 km dick, obwohl dies zwischen Becken, Gebirgszügen und stabilen kratonischen Innenräumen der Kontinente erheblich variiert. ⓘ

Die Stelle, an der zwei Platten aufeinander treffen, wird als Plattengrenze bezeichnet. Plattengrenzen sind in der Regel mit geologischen Ereignissen wie Erdbeben und der Entstehung von topografischen Merkmalen wie Bergen, Vulkanen, mittelozeanischen Rücken und ozeanischen Gräben verbunden. Die meisten aktiven Vulkane der Welt treten entlang von Plattengrenzen auf, wobei der Feuerring der Pazifischen Platte der aktivste ist und heute weithin bekannt ist. Auf diese Grenzen wird im Folgenden näher eingegangen. Einige Vulkane treten im Inneren von Platten auf, und diese werden auf verschiedene Weise auf die interne Plattenverformung und auf Mantelplumes zurückgeführt. ⓘ

Wie oben erläutert, können tektonische Platten sowohl kontinentale als auch ozeanische Kruste enthalten, und die meisten Platten enthalten beides. Die Afrikanische Platte zum Beispiel umfasst den Kontinent und Teile des Bodens des Atlantischen und Indischen Ozeans. Die Unterscheidung zwischen ozeanischer Kruste und kontinentaler Kruste beruht auf der Art ihrer Entstehung. Ozeanische Kruste entsteht in den Zentren der Meeresbodenspreizung, während kontinentale Kruste durch Bogenvulkanismus und Akkretion von Terranen durch tektonische Prozesse gebildet wird, obwohl einige dieser Terrane Ophiolith-Sequenzen enthalten können, bei denen es sich um Stücke ozeanischer Kruste handelt, die als Teil des Kontinents betrachtet werden, wenn sie den Standardzyklus der Bildung, der Spreizungszentren und der Subduktion unter den Kontinenten verlassen. Ozeanische Kruste ist auch aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzung dichter als kontinentale Kruste. Ozeanische Kruste ist dichter, weil sie weniger Silizium und mehr schwerere Elemente ("mafisch") enthält als kontinentale Kruste ("felsisch"). Infolge dieser Dichteschichtung liegt die ozeanische Kruste im Allgemeinen unter dem Meeresspiegel (z. B. der größte Teil der Pazifischen Platte), während die kontinentale Kruste über dem Meeresspiegel schwimmt (zur Erklärung dieses Prinzips siehe die Seite Isostasie). ⓘ

Der klassische Kordillerentyp der Kettengebirge findet sich über jenen Subduktionszonen, bei denen ozeanische Lithosphäre direkt unter kontinentale Lithosphäre subduziert wird, wie an der Westküste Südamerikas. ⓘ

Durch das Abtauchen der ozeanischen Platte unter den Kontinentalblock befindet sich unmittelbar an der Subduktionsfront eine Tiefseerinne. Auf dem Kontinent entsteht durch den horizontalen Druck, den die subduzierte Platte ausübt, ein Faltengebirge, jedoch ohne ausgedehnte Deckenüberschiebungen. Die erhöhten Drücke und Temperaturen der Gebirgsbildung können zu Regional-Metamorphosen und Aufschmelzungen (Anatexis) in den betroffenen kontinentalen Krustenbereichen führen. ⓘ

Innerhalb des Faltengebirges bildet sich ein vulkanischer Bogen aus. Dies geht darauf zurück, dass die subduzierte Platte im Gestein gebundene Fluide – insbesondere Wasser – mit in die Tiefe transportiert. Unter den dort vorherrschenden Druck- und Temperaturbedingungen kommt es zu Phasentransformationen im Gestein, wobei Wasser aus der abtauchenden Platte in den darüberliegenden Mantel abgegeben wird. Dadurch wird die Schmelztemperatur des Mantelgesteins verringert und es kommt zu einer Teilaufschmelzung. Die zunächst basaltische Schmelze steigt durch die darüberliegende Lithosphäre auf und differenziert sich dabei zum Teil gravitativ oder vermengt sich mit Krustenmaterial. Die resultierenden zähflüssigen andesitischen bis rhyolithischen Magmen können bis an die Oberfläche gelangen und rufen dort zum Teil hochexplosive vulkanische Eruptionen hervor. Die Anden als Typusregion der Anden-Typ-Subduktion sind entsprechend auch beispielhaft für den damit verbundenen Vulkanismus, der durch zahlreiche aktive Vulkane, wie z. B. den Cerro Hudson oder den Corcovado, aber auch durch weit verbreitete fossile Lavagesteine und Ignimbrite repräsentiert wird. ⓘ

Bei der Kollision von ozeanischer mit kontinentaler Kruste wird der Ozeanboden nicht immer vollständig subduziert. Kleine Reste von Meeresbodensedimenten und basaltischem Material (Ophiolithe) werden zuweilen bei der Subduktion von ihrer Unterlage „abgeschabt“ (abgeschert) und versinken nicht im Oberen Mantel. Stattdessen werden sie, keilförmig auf den Kontinentalrand aufgeschoben (obduziert) und in das Kettengebirge und damit die kontinentale Kruste integriert. Da sie der Subduktionsfront am nächsten sind, erfahren sie den höchsten Druck und werden zusammen mit den übrigen Gesteinen des Kontinentalrandes gefaltet und einer Hochdruck-Niedrig-Temperatur-Metamorphose unterzogen. ⓘ

Arten von Plattengrenzen

Es gibt drei Arten von Plattengrenzen und eine vierte, gemischte Art, die durch die Art und Weise gekennzeichnet ist, wie sich die Platten relativ zueinander bewegen. Sie sind mit verschiedenen Arten von Oberflächenphänomenen verbunden. Die verschiedenen Arten von Plattengrenzen sind:

Divergente Grenze ⓘ

• Divergente Grenzen (konstruktive Grenzen oder Dehnungsgrenzen) entstehen dort, wo sich zwei Platten voneinander wegbewegen. In Zonen der Ozean-zu-Ozean-Verschiebung bilden sich divergente Grenzen durch Spreizung des Meeresbodens, wodurch sich neue Ozeanbecken bilden können. Wenn sich die Ozeanplatte spaltet, bildet sich der Rücken im Zentrum der Spreizung, das Ozeanbecken dehnt sich aus, und schließlich vergrößert sich die Plattenfläche, was viele kleine Vulkane und/oder seichte Erdbeben verursacht. In Zonen der Kontinent-zu-Kontinent-Verschiebung können divergierende Grenzen zur Bildung neuer Ozeanbecken führen, wenn sich der Kontinent spaltet und ausbreitet, der zentrale Graben zusammenbricht und der Ozean das Becken auffüllt. Aktive Zonen mittelozeanischer Rücken (z. B. der Mittelatlantische Rücken und der Ostpazifische Rücken) und die Kontinent-zu-Kontinent-Verschiebung (wie der Ostafrikanische Graben und das Ostafrikanische Tal und das Rote Meer) sind Beispiele für divergente Grenzen. ⓘ

Konvergente Grenze ⓘ

• Konvergente Grenzen (destruktive Grenzen oder aktive Ränder) entstehen, wenn sich zwei Platten aufeinander zu bewegen und entweder eine Subduktionszone (eine Platte bewegt sich unter die andere) oder eine Kontinentalkollision bilden. In den Zonen der Ozean-Kontinent-Subduktion (z. B. die Anden in Südamerika und die Cascade Mountains im Westen der USA) taucht die dichte ozeanische Lithosphäre unter den weniger dichten Kontinent. Erdbeben zeichnen den Weg der sich abwärts bewegenden Platte nach, während sie in die Asthenosphäre abtaucht, ein Graben bildet sich, und wenn die subduzierte Platte erhitzt wird, setzt sie flüchtige Stoffe, meist Wasser aus wasserhaltigen Mineralien, in den umgebenden Mantel frei. Durch die Zugabe von Wasser wird der Schmelzpunkt des Mantelmaterials oberhalb der subduzierenden Platte gesenkt, so dass es schmilzt. Das dabei entstehende Magma führt normalerweise zu Vulkanismus. In Zonen der Ozean-zu-Ozean-Subduktion (z. B. die Aleuten, die Marianen und der japanische Inselbogen) schiebt sich ältere, kühlere und dichtere Kruste unter weniger dichte Kruste. Diese Bewegung führt zu Erdbeben und der Bildung eines tiefen Grabens in Form eines Bogens. Der obere Mantel der subduzierten Platte erwärmt sich dann, und Magma steigt auf, um kurvenreiche Ketten vulkanischer Inseln zu bilden. Tiefe Meeresgräben sind in der Regel mit Subduktionszonen verbunden, und die Becken, die sich entlang der aktiven Grenze bilden, werden oft als "Vorlandbecken" bezeichnet. Die Schließung von Ozeanbecken kann an Kontinent-zu-Kontinent-Grenzen auftreten (z. B. Himalaya und Alpen): Kollision zwischen Massen granitischer kontinentaler Lithosphäre; keine der beiden Massen wird subduziert; Plattenränder werden gestaucht, gefaltet, angehoben. ⓘ

Transform-Grenze ⓘ

• Transformationsgrenzen (konservative Grenzen oder Streichen-Gleiten-Grenzen) treten dort auf, wo zwei Lithosphärenplatten entlang von Transformverwerfungen aneinander vorbeigleiten, oder vielleicht besser gesagt, aneinander vorbeischleifen, wobei die Platten weder entstehen noch zerstört werden. Die Relativbewegung der beiden Platten ist entweder sinistral (linke Seite zum Beobachter hin) oder dextral (rechte Seite zum Beobachter hin). Transformationsverwerfungen treten quer zu einem Spreizungszentrum auf. Entlang einer Verwerfung können starke Erdbeben auftreten. Die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien ist ein Beispiel für eine Transformverwerfung, die eine dextrale Bewegung aufweist. ⓘ

• Andere Plattengrenzzonen treten dort auf, wo die Auswirkungen der Wechselwirkungen unklar sind, und die Grenzen, die in der Regel entlang eines breiten Gürtels verlaufen, sind nicht genau definiert und können in verschiedenen Episoden verschiedene Arten von Bewegungen aufweisen. ⓘ

Treibende Kräfte der Plattenbewegung

Plattenbewegung auf der Grundlage von Satellitendaten des Global Positioning System (GPS) des NASA JPL. Jeder rote Punkt ist ein Messpunkt, und die Vektoren zeigen Richtung und Ausmaß der Bewegung. ⓘ

Es ist allgemein anerkannt, dass sich tektonische Platten aufgrund der relativen Dichte der ozeanischen Lithosphäre und der relativen Schwäche der Asthenosphäre bewegen können. Die Wärmeabfuhr aus dem Erdmantel gilt als die ursprüngliche Quelle der Energie, die erforderlich ist, um die Plattentektonik durch Konvektion oder großräumiges Aufsteigen und Wölben anzutreiben. Die derzeitige Auffassung, die allerdings noch umstritten ist, geht davon aus, dass die überschüssige Dichte der ozeanischen Lithosphäre, die in den Subduktionszonen absinkt, eine starke Quelle für die Plattenbewegung ist. Wenn sich die neue Kruste an den mittelozeanischen Rücken bildet, ist diese ozeanische Lithosphäre anfangs weniger dicht als die darunter liegende Asthenosphäre, aber mit zunehmendem Alter wird sie dichter, da sie leitend abkühlt und sich verdichtet. Die größere Dichte der alten Lithosphäre im Vergleich zur darunter liegenden Asthenosphäre ermöglicht es ihr, an Subduktionszonen in den tiefen Erdmantel abzusinken und so einen Großteil der Antriebskraft für die Plattenbewegung zu liefern. Die Schwäche der Asthenosphäre ermöglicht es den tektonischen Platten, sich leicht in Richtung einer Subduktionszone zu bewegen. Obwohl man davon ausgeht, dass die Subduktion die stärkste Kraft ist, die die Plattenbewegungen antreibt, kann sie nicht die einzige Kraft sein, da es Platten wie die nordamerikanische Platte gibt, die sich bewegen, aber nirgendwo subduziert werden. Das Gleiche gilt für die riesige Eurasische Platte. Die Ursachen der Plattenbewegungen werden von den Wissenschaftlern intensiv erforscht und diskutiert. Einer der wichtigsten Punkte ist, dass das kinematische Muster der Bewegung selbst klar von dem möglichen geodynamischen Mechanismus, der als treibende Kraft für die beobachtete Bewegung angeführt wird, getrennt werden sollte, da einige Muster durch mehr als einen Mechanismus erklärt werden können. Kurz gesagt, können die derzeit vertretenen Antriebskräfte in drei Kategorien eingeteilt werden, die sich auf die Beziehung zur Bewegung stützen: Mantel-Dynamik, Schwerkraft (heute als Hauptantriebskraft akzeptiert) und Erdrotation. ⓘ

Antriebskräfte im Zusammenhang mit der Manteldynamik

Während eines Großteils des letzten Vierteljahrhunderts ging die führende Theorie über die treibende Kraft hinter tektonischen Plattenbewegungen von großräumigen Konvektionsströmen im oberen Erdmantel aus, die durch die Asthenosphäre übertragen werden können. Diese Theorie wurde von Arthur Holmes und einigen Vorläufern in den 1930er Jahren aufgestellt und wurde sofort als die Lösung für die Akzeptanz der Theorie anerkannt, wie sie ursprünglich in den Arbeiten von Alfred Wegener in den ersten Jahren des Jahrhunderts diskutiert wurde. Trotz ihrer Akzeptanz war sie jedoch in der wissenschaftlichen Gemeinschaft lange umstritten, da die führende Theorie bis zu den großen Durchbrüchen der frühen sechziger Jahre immer noch eine statische Erde ohne sich bewegende Kontinente vorsah. ⓘ

Zwei- und dreidimensionale Aufnahmen des Erdinneren (seismische Tomographie) zeigen eine unterschiedliche laterale Dichteverteilung im Erdmantel. Diese Dichtevariationen können materiell (durch die Gesteinschemie), mineralisch (durch Variationen in den Mineralstrukturen) oder thermisch (durch thermische Expansion und Kontraktion aufgrund von Wärmeenergie) bedingt sein. Die Manifestation dieser variierenden lateralen Dichte ist die Mantelkonvektion aufgrund von Auftriebskräften. ⓘ

Wie die Mantelkonvektion direkt und indirekt mit der Plattenbewegung zusammenhängt, ist Gegenstand laufender Untersuchungen und Diskussionen in der Geodynamik. Irgendwie muss diese Energie auf die Lithosphäre übertragen werden, damit sich die tektonischen Platten bewegen können. Es gibt im Wesentlichen zwei Arten von Kräften, von denen angenommen wird, dass sie die Plattenbewegung beeinflussen: Reibung und Schwerkraft.

• Basaler Widerstand (Reibung): Die Plattenbewegung wird durch die Reibung zwischen den Konvektionsströmen in der Asthenosphäre und der steiferen darüber liegenden Lithosphäre angetrieben.
• Plattenzug (Schwerkraft): Plattenbewegung, die durch lokale Konvektionsströme angetrieben wird, die in Subduktionszonen an Meeresgräben einen Abwärtssog auf die Platten ausüben. Der Plattensog kann in einem geodynamischen Umfeld auftreten, in dem basale Traktionen weiterhin auf die Platte einwirken, wenn sie in den Erdmantel eintaucht (wenn auch vielleicht in größerem Maße sowohl auf die Unter- als auch auf die Oberseite der Platte). ⓘ

In letzter Zeit wurde die Konvektionstheorie heftig diskutiert, da moderne Techniken auf der Grundlage der seismischen 3D-Tomographie diese vorhergesagten großräumigen Konvektionszellen immer noch nicht erkennen können. Es wurden alternative Ansichten vorgeschlagen. ⓘ

Plume-Tektonik

In der Theorie der Plume-Tektonik, die in den 1990er Jahren von zahlreichen Forschern verfolgt wurde, wird ein modifiziertes Konzept der Konvektionsströme im Mantel verwendet. Es besagt, dass Superplumes aus dem tieferen Mantel aufsteigen und die großen Konvektionszellen antreiben oder ersetzen. Diese Ideen haben ihre Wurzeln in den frühen 1930er Jahren in den Arbeiten von Beloussov und van Bemmelen, die sich zunächst gegen die Plattentektonik wandten und den Mechanismus in einen fixistischen Rahmen vertikalistischer Bewegungen stellten. Van Bemmelen modulierte das Konzept später in seinen "Undulationsmodellen" und verwendete es als treibende Kraft für horizontale Bewegungen, wobei er sich auf Gravitationskräfte berief, die nicht mit der regionalen Krustenwölbung zusammenhängen. Diese Theorien finden Widerhall in den modernen Theorien, die Hot Spots oder Mantelplumes vorsehen, die fixiert bleiben und im Laufe der Zeit von ozeanischen und kontinentalen Lithosphärenplatten überlagert werden und ihre Spuren in den geologischen Aufzeichnungen hinterlassen (obwohl diese Phänomene nicht als echte Antriebsmechanismen, sondern eher als Modulatoren angeführt werden). ⓘ

Der Mechanismus wird nach wie vor als Erklärung für das Auseinanderbrechen von Superkontinenten während bestimmter geologischer Epochen angeführt. Er hat Anhänger unter den Wissenschaftlern, die sich mit der Theorie der Erdausdehnung befassen. ⓘ

Schwellentektonik

Eine andere Theorie besagt, dass der Erdmantel weder in Zellen noch in großen Plumes fließt, sondern in einer Reihe von Kanälen direkt unter der Erdkruste, die dann für die basale Reibung der Lithosphäre sorgen. Diese Theorie, die als "Schwalltektonik" bezeichnet wird, wurde in den 1980er und 1990er Jahren populär. Neuere Forschungen, die sich auf dreidimensionale Computermodelle stützen, legen nahe, dass die Plattengeometrie durch eine Rückkopplung zwischen den Konvektionsmustern des Mantels und der Festigkeit der Lithosphäre bestimmt wird. ⓘ

Mit der Schwerkraft verbundene Antriebskräfte

Kräfte, die mit der Schwerkraft zusammenhängen, werden als sekundäre Phänomene im Rahmen eines allgemeineren Antriebsmechanismus wie den verschiedenen oben beschriebenen Formen der Manteldynamik angeführt. In der modernen Sichtweise wird die Schwerkraft als Hauptantriebskraft angeführt, und zwar durch den Plattenzug entlang von Subduktionszonen. ⓘ

Das Abgleiten von einem Spreizungsrücken durch die Schwerkraft ist eine der vorgeschlagenen Antriebskräfte, die Plattenbewegung wird durch die größere Höhe der Platten an den ozeanischen Rücken angetrieben. Da sich die ozeanische Lithosphäre an Spreizungsrücken aus heißem Mantelmaterial bildet, kühlt sie allmählich ab und wird mit zunehmendem Alter dicker (und entfernt sich damit weiter vom Rücken). Die kühle ozeanische Lithosphäre ist wesentlich dichter als das heiße Mantelmaterial, aus dem sie entstanden ist, und sinkt daher mit zunehmender Dicke allmählich in den Mantel ab, um die größere Belastung zu kompensieren. Das Ergebnis ist eine leichte seitliche Neigung mit zunehmender Entfernung von der Kammachse. ⓘ

Diese Kraft wird als sekundäre Kraft betrachtet und oft als "Firstschub" bezeichnet. Dies ist eine falsche Bezeichnung, da es keine Kraft gibt, die horizontal "schiebt", vielmehr dominieren entlang der Grate die Zugkräfte. Richtiger ist es, diesen Mechanismus als "gravitatives Gleiten" zu bezeichnen, da die Topografie der gesamten Platte sehr unterschiedlich sein kann und die Spreizungsrücken nur das auffälligste Merkmal sind. Zu den anderen Mechanismen, die diese sekundäre Gravitationskraft erzeugen, gehört die Biegung der Lithosphäre, bevor sie unter eine benachbarte Platte abtaucht, wodurch ein deutliches topografisches Merkmal entsteht, das den Einfluss der topografischen Ozeanrücken ausgleichen oder zumindest beeinflussen kann. Es wird auch angenommen, dass Mantelplumes und Hot Spots auf die Unterseite tektonischer Platten einwirken. ⓘ

Plattensog: Nach derzeitiger wissenschaftlicher Auffassung ist die Asthenosphäre nicht ausreichend kompetent oder starr, um eine direkte Bewegung durch Reibung an der Basis der Lithosphäre zu verursachen. Man geht daher davon aus, dass der Plattensog die größte Kraft ist, die auf die Platten wirkt. Nach dem derzeitigen Verständnis wird die Plattenbewegung hauptsächlich durch das Gewicht kalter, dichter Platten angetrieben, die in Gräben in den Erdmantel absinken. Neuere Modelle deuten darauf hin, dass auch der Grabensog eine wichtige Rolle spielt. Die Tatsache, dass die nordamerikanische Platte nirgendwo subduziert wird, obwohl sie sich bewegt, stellt jedoch ein Problem dar. Das Gleiche gilt für die afrikanische, eurasische und antarktische Platte. ⓘ

Schwerkraftbedingtes Abgleiten von der Mantelwölbung: Älteren Theorien zufolge besteht einer der Antriebsmechanismen der Platten in der Existenz großflächiger Asthenosphären-/Manteldome, die ein gravitatives Abgleiten der Lithosphärenplatten von ihnen bewirken (siehe den Abschnitt über Mantelmechanismen). Dieses gravitative Gleiten ist ein sekundäres Phänomen dieses grundsätzlich vertikal ausgerichteten Mechanismus. Es findet seine Wurzeln im Undationsmodell von van Bemmelen. Dieser Mechanismus kann auf verschiedenen Skalen wirken, von der kleinen Skala eines Inselbogens bis zur größeren Skala eines ganzen Ozeanbeckens. ⓘ

Antriebskräfte im Zusammenhang mit der Erdrotation

Alfred Wegener, ein Meteorologe, hatte Gezeitenkräfte und Zentrifugalkräfte als Hauptantriebsmechanismen für die Kontinentaldrift vorgeschlagen; diese Kräfte wurden jedoch als viel zu gering angesehen, um Kontinentalbewegungen zu verursachen, da das Konzept darin bestand, dass sich Kontinente durch ozeanische Kruste pflügen. Daher änderte Wegener später seine Position und behauptete in der letzten Auflage seines Buches von 1929, dass Konvektionsströme die Hauptantriebskraft der Plattentektonik seien. ⓘ

Im Rahmen der Plattentektonik (die seit den Vorschlägen zur Ausbreitung des Meeresbodens von Heezen, Hess, Dietz, Morley, Vine und Matthews (siehe unten) in den frühen 1960er Jahren anerkannt ist) wird jedoch angenommen, dass die ozeanische Kruste mit den Kontinenten in Bewegung ist, was dazu führte, dass die Vorschläge zur Erdrotation überdacht wurden. In der neueren Literatur werden diese Antriebskräfte wie folgt beschrieben:

1. Gezeitenwiderstand aufgrund der Gravitationskraft, die der Mond (und die Sonne) auf die Erdkruste ausübt
2. Globale Verformung des Geoids aufgrund kleiner Verschiebungen des Rotationspols gegenüber der Erdkruste
3. Andere kleinere Verformungseffekte der Kruste aufgrund von Taumelbewegungen und Drehbewegungen der Erdrotation auf einer kleineren Zeitskala ⓘ

Kräfte, die klein und im Allgemeinen vernachlässigbar sind, sind:

1. Die Corioliskraft
2. Die Zentrifugalkraft, die als eine leichte Abwandlung der Schwerkraft betrachtet wird ⓘ

Damit diese Mechanismen insgesamt gültig sind, sollten auf der ganzen Erde systematische Beziehungen zwischen der Ausrichtung und Kinematik der Deformation und dem geografischen Breiten- und Längsnetz der Erde selbst bestehen. Jahrhunderts unterstreichen genau das Gegenteil: dass sich die Platten im Laufe der Zeit nicht bewegt haben, dass das Deformationsgitter in Bezug auf den Äquator und die Erdachse fixiert war und dass die Gravitationskräfte im Allgemeinen vertikal wirkten und nur lokale horizontale Bewegungen verursachten (die so genannten prä-plattentektonischen, "fixistischen Theorien"). Spätere Studien (die weiter unten auf dieser Seite erörtert werden) beriefen sich daher auf viele der Beziehungen, die in der Zeit vor der Plattentektonik erkannt wurden, um ihre Theorien zu stützen (siehe die Vorwegnahmen und Überprüfungen in den Arbeiten von van Dijk und Mitarbeitern). ⓘ

Möglicher Einfluss der Gezeiten auf die Plattentektonik

Von den vielen oben genannten Kräften wird die Gezeitenkraft immer noch heftig diskutiert und als mögliche Hauptantriebskraft der Plattentektonik verteidigt. Die anderen Kräfte werden nur in globalen geodynamischen Modellen verwendet, die nicht auf plattentektonischen Konzepten beruhen (und daher in diesem Abschnitt nicht behandelt werden), oder als geringfügige Modulationen innerhalb des allgemeinen plattentektonischen Modells vorgeschlagen. 1973 legten George W. Moore vom USGS und R. C. Bostrom Beweise für eine allgemeine Westwärtsdrift der Erdlithosphäre in Bezug auf den Erdmantel vor. Er kam zu dem Schluss, dass die Gezeitenkräfte (die Gezeitennacheilung oder "Reibung"), die durch die Erdrotation und die vom Mond auf die Erde wirkenden Kräfte verursacht werden, eine treibende Kraft für die Plattentektonik sind. Wenn sich die Erde unter dem Mond nach Osten dreht, zieht die Schwerkraft des Mondes die Erdoberfläche immer wieder leicht nach Westen zurück, genau wie von Alfred Wegener vorgeschlagen (siehe oben). In einer neueren Studie aus dem Jahr 2006 haben Wissenschaftler diese früheren Vorschläge überprüft und befürwortet. In Lovett (2006) wurde kürzlich vorgeschlagen, dass diese Beobachtung auch erklären könnte, warum es auf Venus und Mars keine Plattentektonik gibt, da die Venus keinen Mond hat und die Monde des Mars zu klein sind, um signifikante Gezeiteneffekte auf den Planeten zu haben. In einem kürzlich erschienenen Aufsatz wurde vorgeschlagen, dass andererseits leicht zu beobachten ist, dass sich viele Platten nach Norden und Osten bewegen, und dass die überwiegend westliche Bewegung der Becken des Pazifischen Ozeans einfach auf die ostwärts gerichtete Neigung des pazifischen Spreizungszentrums zurückzuführen ist (was keine vorhergesagte Manifestation solcher Mondkräfte ist). In derselben Arbeit räumen die Autoren jedoch ein, dass die Bewegungen aller Platten relativ zum unteren Erdmantel eine leichte westliche Komponente aufweisen. Sie wiesen jedoch nach, dass die nur in den letzten 30 Millionen Jahren beobachtete Westdrift auf die zunehmende Dominanz der stetig wachsenden und sich beschleunigenden pazifischen Platte zurückzuführen ist. Die Debatte ist noch offen. ⓘ

Relative Bedeutung der einzelnen Antriebsmechanismen

Der Bewegungsvektor einer Platte ist eine Funktion aller auf die Platte einwirkenden Kräfte; hierin liegt jedoch das Problem, inwieweit die einzelnen Prozesse zur Gesamtbewegung der einzelnen tektonischen Platten beitragen. ⓘ

Die Vielfalt der geodynamischen Gegebenheiten und der Eigenschaften der einzelnen Platten ergibt sich aus den Auswirkungen der verschiedenen Prozesse, die jede einzelne Platte aktiv antreiben. Eine Methode, mit diesem Problem umzugehen, besteht darin, die relative Geschwindigkeit, mit der sich jede Platte bewegt, sowie die Beweise für die Bedeutung jedes Prozesses für die Gesamtantriebskraft der Platte zu berücksichtigen. ⓘ

Einer der wichtigsten bisher entdeckten Zusammenhänge besteht darin, dass sich lithosphärische Platten, die an absteigende (subduzierende) Platten gebunden sind, viel schneller bewegen als andere Plattentypen. Die pazifische Platte beispielsweise ist im Wesentlichen von Subduktionszonen (dem so genannten Feuerring) umgeben und bewegt sich viel schneller als die Platten des atlantischen Beckens, die an benachbarten Kontinenten befestigt (man könnte auch sagen "verschweißt") sind und nicht subduzierende Platten. Man geht also davon aus, dass die mit der absteigenden Platte verbundenen Kräfte (Plattenzug und Plattensog) die treibenden Kräfte sind, die die Bewegung der Platten bestimmen, mit Ausnahme der Platten, die nicht subduziert werden. Diese Ansicht wurde jedoch durch eine neuere Studie widerlegt, die ergab, dass die tatsächlichen Bewegungen der Pazifischen Platte und anderer Platten, die mit dem Ostpazifischen Rücken verbunden sind, nicht in erster Linie mit dem Plattensog oder dem Plattensog korrelieren, sondern vielmehr mit einem Mantelkonvektionsauftrieb, dessen horizontale Ausbreitung entlang der Basen der verschiedenen Platten diese über viskositätsbedingte Zugkräfte vorantreibt. Die treibenden Kräfte der Plattenbewegung sind weiterhin Gegenstand aktiver Forschung in der Geophysik und Tektonophysik. ⓘ

Geschichte der Theorie

Der italienische Universalgelehrte Leonardo da Vinci war der erste, der die Theorie aufstellte, dass sich Berge allmählich aus den Ozeanen erheben, was erklärt, warum sie Fossilien von Meereslebewesen aufweisen. ⓘ

Zusammenfassung

Detaillierte Karte mit den tektonischen Platten und ihren Bewegungsvektoren. ⓘ

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts versuchten verschiedene Theoretiker erfolglos, die zahlreichen geografischen, geologischen und biologischen Kontinuitäten zwischen den Kontinenten zu erklären. Im Jahr 1912 beschrieb der Meteorologe Alfred Wegener die so genannte Kontinentalverschiebung, eine Idee, die fünfzig Jahre später in der modernen Theorie der Plattentektonik gipfelte. ⓘ

Wegener erweiterte seine Theorie in seinem 1915 erschienenen Buch Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. Ausgehend von der (auch von seinen Vorgängern geäußerten) Vorstellung, dass die heutigen Kontinente einst eine einzige Landmasse (später Pangea genannt) bildeten, schlug Wegener vor, dass diese sich trennten und auseinander drifteten, und verglich sie mit "Eisbergen" aus Sial geringer Dichte, die auf einem Meer aus dichterem Sial schwammen. Unterstützt wurde dieser Gedanke durch die ineinander übergehenden Umrisse der Ostküste Südamerikas und der Westküste Afrikas, die Antonio Snider-Pellegrini auf seinen Karten eingezeichnet hatte, sowie durch die Übereinstimmung der Felsformationen entlang dieser Kanten. Die Bestätigung für ihre frühere Zusammengehörigkeit lieferten auch die fossilen Pflanzen Glossopteris und Gangamopteris sowie das therapsiden- oder säugetierähnliche Reptil Lystrosaurus, die alle weit über Südamerika, Afrika, die Antarktis, Indien und Australien verteilt sind. Die Beweise für eine solche einstige Verbindung dieser Kontinente waren für Feldgeologen, die auf der südlichen Hemisphäre arbeiteten, offensichtlich. Der Südafrikaner Alex du Toit stellte in seiner 1937 erschienenen Publikation Unsere wandernden Kontinente eine Fülle solcher Informationen zusammen und ging in der Erkenntnis der engen Verbindungen zwischen den Gondwana-Fragmenten weiter als Wegener. ⓘ

Wegen des Mangels an detaillierten Beweisen wurde Wegeners Arbeit zunächst nicht allgemein akzeptiert. Die Erde hatte zwar eine feste Kruste und einen festen Mantel und einen flüssigen Kern, aber es schien keine Möglichkeit zu geben, dass sich Teile der Kruste bewegen könnten. Renommierte Wissenschaftler wie Harold Jeffreys und Charles Schuchert waren ausgesprochene Kritiker der Kontinentalverschiebung. ⓘ

Trotz vieler Widerstände gewann die Ansicht der Kontinentalverschiebung an Unterstützung, und es begann eine lebhafte Debatte zwischen "Drifters" oder "Mobilisten" (Befürwortern der Theorie) und "Fixisten" (Gegnern). In den 1920er, 1930er und 1940er Jahren erreichten die Ersteren wichtige Meilensteine, indem sie vorschlugen, dass Konvektionsströme die Plattenbewegungen angetrieben haben könnten und dass die Ausbreitung unter dem Meer innerhalb der ozeanischen Kruste stattgefunden haben könnte. Geophysiker und Geologen (sowohl Fixisten als auch Mobilisten) wie Vening-Meinesz, Holmes und Umbgrove schlugen Konzepte vor, die den heute in der Plattentektonik enthaltenen Elementen nahe kamen. Otto Ampferer beschrieb 1941 in seiner Publikation "Gedanken zum Bewegungsbild der atlantischen Region" Prozesse, die das vorwegnehmen, was heute als Meeresbodenausbreitung und Subduktion bezeichnet wird. Einer der ersten geophysikalischen Beweise für die Bewegung der Lithosphärenplatten stammt aus dem Paläomagnetismus. Dieser beruht auf der Tatsache, dass Gesteine unterschiedlichen Alters eine variable Magnetfeldrichtung aufweisen, was durch Studien seit Mitte des neunzehnten Jahrhunderts belegt wurde. Die magnetischen Nord- und Südpole kehren sich im Laufe der Zeit um, und, was für paläotektonische Studien besonders wichtig ist, die relative Position des magnetischen Nordpols ändert sich im Laufe der Zeit. Jahrhunderts wurde das letztgenannte Phänomen durch die Einführung der so genannten "Polarwanderung" (siehe scheinbare Polarwanderung) erklärt (d. h. man nahm an, dass sich die Lage des Nordpols im Laufe der Zeit verschoben hatte). Eine alternative Erklärung war jedoch, dass sich die Kontinente relativ zum Nordpol bewegt (verschoben und gedreht) haben und jeder Kontinent in der Tat seinen eigenen "Polarwanderungsweg" aufweist. In den späten 1950er Jahren wurde bei zwei Gelegenheiten erfolgreich gezeigt, dass diese Daten die Gültigkeit der Kontinentalverschiebung belegen könnten: von Keith Runcorn in einem Aufsatz im Jahr 1956 und von Warren Carey auf einem Symposium im März 1956. ⓘ

Der zweite Beweis für die Kontinentalverschiebung ergab sich Ende der 50er und Anfang der 60er Jahre aus Daten über die Bathymetrie der tiefen Ozeanböden und die Beschaffenheit der ozeanischen Kruste, wie z. B. die magnetischen Eigenschaften, und ganz allgemein aus der Entwicklung der Meeresgeologie, die den Zusammenhang zwischen der Ausbreitung des Meeresbodens entlang der mittelozeanischen Rücken und den Umkehrungen des Magnetfelds belegte, veröffentlicht zwischen 1959 und 1963 von Heezen, Dietz, Hess, Mason, Vine & Matthews und Morley. ⓘ

Die gleichzeitigen Fortschritte bei den frühen seismischen Bildgebungsverfahren in und um die Wadati-Benioff-Zonen entlang der Gräben, die viele Kontinentalränder begrenzen, zeigten zusammen mit vielen anderen geophysikalischen (z. B. gravimetrischen) und geologischen Beobachtungen, wie die ozeanische Kruste im Erdmantel verschwinden konnte, was den Mechanismus für das Gleichgewicht zwischen der Ausdehnung der Ozeanbecken und der Verkürzung entlang ihrer Ränder lieferte. ⓘ

All diese Beweise, sowohl vom Meeresboden als auch von den Kontinentalrändern, machten um 1965 deutlich, dass die Kontinentaldrift möglich war. Die Theorie der Plattentektonik wurde in einer Reihe von Veröffentlichungen zwischen 1965 und 1967 definiert. Diese Theorie revolutionierte die Geowissenschaften, indem sie eine Vielzahl von geologischen Phänomenen und deren Auswirkungen auf andere Studien wie Paläogeographie und Paläobiologie erklärte. ⓘ

Kontinentalverschiebung

Im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert gingen die Geologen davon aus, dass die wichtigsten Merkmale der Erde feststehen und dass die meisten geologischen Merkmale wie die Entwicklung von Becken und Gebirgszügen durch vertikale Krustenbewegungen erklärt werden können, die in der so genannten geosynklinalen Theorie beschrieben werden. Im Allgemeinen wurde dies in den Kontext eines schrumpfenden Planeten Erde aufgrund von Wärmeverlusten im Laufe einer relativ kurzen geologischen Zeit gestellt. ⓘ

Alfred Wegener in Grönland im Winter 1912-13. ⓘ

Bereits 1596 wurde beobachtet, dass die gegenüberliegenden Küsten des Atlantischen Ozeans - genauer gesagt die Ränder der Kontinentalschelfe - ähnliche Formen aufweisen und einst aneinander gepasst zu haben scheinen. ⓘ

Seitdem wurden viele Theorien vorgeschlagen, um diese scheinbare Komplementarität zu erklären, aber die Annahme einer festen Erde machte es schwierig, diese verschiedenen Vorschläge zu akzeptieren. ⓘ

Die Entdeckung der Radioaktivität und der damit verbundenen Erhitzungseigenschaften im Jahr 1895 veranlasste eine erneute Überprüfung des scheinbaren Alters der Erde. Dieses war zuvor anhand der Abkühlungsrate geschätzt worden, wobei man davon ausging, dass die Erdoberfläche wie ein schwarzer Körper strahlt. Diese Berechnungen ergaben, dass die Erde, selbst wenn sie mit roter Hitze begann, in einigen zehn Millionen Jahren auf ihre heutige Temperatur gesunken wäre. Mit dem Wissen um eine neue Wärmequelle wurde den Wissenschaftlern klar, dass die Erde viel älter sein würde und dass ihr Kern immer noch heiß genug war, um flüssig zu sein. ⓘ

Nachdem er 1912 einen ersten Artikel veröffentlicht hatte, brachte Alfred Wegener 1915 in der ersten Auflage von Die Entstehung der Kontinente und Ozeane ernsthafte Argumente für die Idee der Kontinentalverschiebung vor. In diesem Buch (das in vier aufeinanderfolgenden Auflagen bis zur letzten Auflage von 1936 neu aufgelegt wurde) stellte er fest, dass die Ostküste Südamerikas und die Westküste Afrikas so aussahen, als wären sie einst miteinander verbunden gewesen. Wegener war nicht der erste, der dies feststellte (Abraham Ortelius, Antonio Snider-Pellegrini, Eduard Suess, Roberto Mantovani und Frank Bursley Taylor gingen ihm voraus, um nur einige zu nennen), aber er war der erste, der diese einfache Beobachtung mit bedeutenden fossilen und paläotopographischen und klimatologischen Beweisen untermauerte (und dabei von Forschern wie Alex du Toit unterstützt wurde). Wenn die Gesteinsschichten an den Rändern verschiedener Kontinente sehr ähnlich sind, deutet dies darauf hin, dass diese Gesteine auf die gleiche Weise entstanden sind, was bedeutet, dass sie ursprünglich miteinander verbunden waren. So finden sich in Teilen Schottlands und Irlands Gesteine, die denen in Neufundland und New Brunswick sehr ähnlich sind. Auch das Kaledonische Gebirge in Europa und Teile der Appalachen in Nordamerika sind sich in Struktur und Lithologie sehr ähnlich. ⓘ

Seine Ideen wurden jedoch von vielen Geologen nicht ernst genommen, die darauf hinwiesen, dass es keinen offensichtlichen Mechanismus für die Kontinentalverschiebung gab. Sie sahen insbesondere nicht, wie sich kontinentales Gestein durch das viel dichtere Gestein der ozeanischen Kruste pflügen konnte. Wegener konnte die Kraft, die die Kontinentalverschiebung antreibt, nicht erklären, und er wurde erst nach seinem Tod im Jahr 1930 gerechtfertigt. ⓘ

Schwimmende Kontinente, Paläomagnetismus und Seismizitätszonen

Globale Epizentren von Erdbeben, 1963-1998. Die meisten Erdbeben ereignen sich in schmalen Gürteln, die mit der Lage der lithosphärischen Plattengrenzen übereinstimmen. ⓘ

Karte der Erdbeben im Jahr 2016 ⓘ

Da schon früh festgestellt wurde, dass es auf den Kontinenten zwar Granit gibt, der Meeresboden aber aus dichterem Basalt zu bestehen scheint, herrschte in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts die Vorstellung vor, dass es zwei Arten von Kruste gibt, nämlich "sial" (kontinentale Kruste) und "sima" (ozeanische Kruste). Außerdem ging man davon aus, dass sich unter den Kontinenten eine statische Schale aus Schichten befand. Es sah also so aus, als läge eine Basaltschicht (Sial) unter den kontinentalen Gesteinen. ⓘ

Pierre Bouguer hatte jedoch anhand von Anomalien bei der Lotabweichung der Anden in Peru gefolgert, dass weniger dichte Berge nach unten in die darunter liegende dichtere Schicht hineinragen müssen. Das Konzept, dass Berge "Wurzeln" haben, wurde hundert Jahre später von George B. Airy bei der Untersuchung der Gravitation im Himalaya bestätigt, und seismische Untersuchungen ergaben entsprechende Dichteschwankungen. Bis Mitte der 1950er Jahre blieb daher die Frage offen, ob Gebirgswurzeln in den umgebenden Basalt eingeklemmt sind oder wie ein Eisberg auf ihm schwimmen. ⓘ

Im Laufe des 20. Jahrhunderts konnten die Wissenschaftler dank der Verbesserung und des verstärkten Einsatzes seismischer Instrumente wie Seismographen feststellen, dass Erdbeben in der Regel in bestimmten Gebieten auftreten, vor allem entlang der ozeanischen Gräben und Spreizungsrücken. In den späten 1920er Jahren begannen Seismologen, mehrere markante Erdbebenzonen parallel zu den Gräben zu identifizieren, die in der Regel um 40-60° gegen die Horizontale geneigt waren und sich mehrere hundert Kilometer in die Erde hinein erstreckten. Diese Zonen wurden später als Wadati-Benioff-Zonen oder einfach Benioff-Zonen bekannt, zu Ehren der Seismologen Kiyoo Wadati aus Japan und Hugo Benioff aus den Vereinigten Staaten, die sie als erste erkannt hatten. Die Untersuchung der globalen Seismizität machte in den 1960er Jahren große Fortschritte, als das Worldwide Standardized Seismograph Network (WWSSN) eingerichtet wurde, um die Einhaltung des Vertrags von 1963 über das Verbot oberirdischer Kernwaffentests zu überwachen. Die erheblich verbesserten Daten der WWSSN-Instrumente ermöglichten es den Seismologen, die Zonen der weltweiten Erdbebenkonzentration genau zu kartieren. ⓘ

In der Zwischenzeit entwickelten sich Debatten über das Phänomen der Polarwanderung. Seit den frühen Debatten über die Kontinentalverschiebung hatten Wissenschaftler diskutiert und Beweise dafür angeführt, dass es zu einer Polverschiebung gekommen war, weil sich die Kontinente in der Vergangenheit offenbar durch verschiedene Klimazonen bewegt hatten. Außerdem hatten paläomagnetische Daten gezeigt, dass sich auch der Magnetpol im Laufe der Zeit verschoben hatte. Im Umkehrschluss könnten sich die Kontinente verschoben und gedreht haben, während der Pol relativ fest blieb. Das erste Mal, dass die Beweise für die magnetische Polwanderung zur Untermauerung der Kontinentalverschiebung herangezogen wurden, war in einer Arbeit von Keith Runcorn im Jahr 1956 und in nachfolgenden Arbeiten von ihm und seinen Studenten Ted Irving (der tatsächlich als erster von der Tatsache überzeugt war, dass der Paläomagnetismus die Kontinentalverschiebung unterstützt) und Ken Creer. ⓘ

Unmittelbar danach fand im März 1956 ein Symposium in Tasmanien statt. Auf diesem Symposium wurden die Beweise für die Theorie einer Ausdehnung der Erdkruste verwendet. Nach dieser Hypothese lässt sich die Verschiebung der Kontinente einfach durch eine starke Zunahme der Größe der Erde seit ihrer Entstehung erklären. Diese Hypothese war jedoch unbefriedigend, da ihre Befürworter keinen überzeugenden Mechanismus für eine signifikante Ausdehnung der Erde anbieten konnten. Sicherlich gibt es keine Beweise dafür, dass sich der Mond in den letzten 3 Milliarden Jahren ausgedehnt hat; andere Arbeiten würden bald zeigen, dass die Beweise auch für die Kontinentaldrift auf einem Globus mit einem stabilen Radius sprechen. ⓘ

In den dreißiger Jahren bis in die späten fünfziger Jahre hinein entwarfen Vening-Meinesz, Holmes, Umbgrove und zahlreiche andere Arbeiten Konzepte, die der modernen Theorie der Plattentektonik nahe kamen oder mit ihr nahezu identisch waren. Insbesondere der englische Geologe Arthur Holmes schlug 1920 vor, dass Plattenverbindungen unter dem Meer liegen könnten, und 1928, dass Konvektionsströme im Erdmantel die treibende Kraft sein könnten. Oft werden diese Beiträge vergessen, denn:

• Damals wurde die Kontinentaldrift nicht akzeptiert.
• Einige dieser Ideen wurden im Zusammenhang mit den aufgegebenen fixistischen Vorstellungen von einem sich verformenden Globus ohne Kontinentaldrift oder einer expandierenden Erde diskutiert.
• Sie wurden in einer Zeit extremer politischer und wirtschaftlicher Instabilität veröffentlicht, die die wissenschaftliche Kommunikation behinderte.
• Viele von ihnen wurden von europäischen Wissenschaftlern veröffentlicht und in den von amerikanischen Forschern in den 1960er Jahren veröffentlichten Arbeiten über die Ausbreitung des Meeresbodens zunächst nicht oder nur wenig erwähnt. ⓘ

Ausbreitung des mittelozeanischen Rückens und Konvektion

1947 bestätigte ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Maurice Ewing mit Hilfe des Forschungsschiffs Atlantis der Woods Hole Oceanographic Institution und einer Reihe von Instrumenten die Existenz einer Erhebung im mittleren Atlantik und stellte fest, dass der Meeresboden unter der Sedimentschicht aus Basalt und nicht aus Granit besteht, dem Hauptbestandteil der Kontinente. Außerdem stellten sie fest, dass die ozeanische Kruste viel dünner war als die kontinentale Kruste. All diese neuen Erkenntnisse warfen wichtige und faszinierende Fragen auf. ⓘ

Die neuen Daten, die über die Ozeanbecken gesammelt worden waren, wiesen auch besondere Merkmale hinsichtlich der Bathymetrie auf. Eines der wichtigsten Ergebnisse dieser Datensätze war, dass auf dem gesamten Globus ein System von mittelozeanischen Rücken entdeckt wurde. Eine wichtige Schlussfolgerung war, dass sich entlang dieses Systems neuer Meeresboden bildete, was zum Konzept des "Great Global Rift" führte. Dies wurde in der entscheidenden Arbeit von Bruce Heezen (1960) beschrieben, die auf seiner Arbeit mit Marie Tharp beruhte und eine echte Revolution im Denken auslösen sollte. Eine tiefgreifende Folge der Ausbreitung des Meeresbodens ist, dass entlang der ozeanischen Rücken ständig neue Kruste gebildet wurde und wird. Deshalb vertrat Heezen die so genannte "expandierende Erde"-Hypothese von S. Warren Carey (siehe oben). Es blieb also die Frage offen, wie entlang der ozeanischen Rücken ständig neue Kruste gebildet werden konnte, ohne dass die Erde größer wurde. In Wirklichkeit war diese Frage bereits von zahlreichen Wissenschaftlern in den 1940er und 1950er Jahren gelöst worden, wie Arthur Holmes, Vening-Meinesz, Coates und vielen anderen: Die überschüssige Kruste verschwand entlang der so genannten ozeanischen Gräben, wo die so genannte "Subduktion" stattfand. Als verschiedene Wissenschaftler in den frühen 1960er Jahren begannen, die ihnen zur Verfügung stehenden Daten über den Ozeanboden auszuwerten, fügten sich die Teile der Theorie schnell zusammen. ⓘ

Diese Frage interessierte Harry Hammond Hess, Geologe an der Princeton University und Konteradmiral der Marinereserve, und Robert S. Dietz, Wissenschaftler beim U.S. Coast and Geodetic Survey, der als erster den Begriff "seafloor spreading" prägte. Dietz und Hess (ersterer veröffentlichte dieselbe Idee ein Jahr zuvor in Nature, doch Hess hatte bereits 1960 ein unveröffentlichtes Manuskript seines Artikels von 1962 verbreitet) gehörten zu den wenigen, die wirklich verstanden, welche weitreichenden Auswirkungen die Ausbreitung des Meeresbodens haben würde und wie sie schließlich mit den damals unkonventionellen und nicht akzeptierten Ideen der Kontinentalverschiebung und den eleganten und mobilistischen Modellen, die von früheren Arbeitern wie Holmes vorgeschlagen wurden, übereinstimmen würde. ⓘ

Im selben Jahr beschrieb Robert R. Coats vom U.S. Geological Survey die Hauptmerkmale der Inselbogensubduktion auf den Aleuten. Seine Arbeit, die damals kaum beachtet (und sogar verspottet) wurde, gilt seitdem als bahnbrechend" und vorausschauend". In Wirklichkeit zeigt sie, dass die Arbeiten der europäischen Wissenschaftler über Inselbögen und Gebirgsgürtel, die in den 1930er bis 1950er Jahren durchgeführt und veröffentlicht wurden, auch in den Vereinigten Staaten angewandt und geschätzt wurden. ⓘ

Wenn sich die Erdkruste entlang der ozeanischen Rücken ausdehnt, so schlussfolgerten Hess und Dietz wie Holmes und andere vor ihnen, muss sie anderswo schrumpfen. Hess folgte Heezen und schlug vor, dass sich neue ozeanische Kruste in einer förderbandartigen Bewegung kontinuierlich von den Rücken weg ausbreitet. Und unter Verwendung der zuvor entwickelten mobilistischen Konzepte kam er zu dem richtigen Schluss, dass die ozeanische Kruste viele Millionen Jahre später schließlich entlang der Kontinentalränder absinkt, wo sich ozeanische Gräben - sehr tiefe, schmale Canyons - bilden, z. B. entlang des Randes des Pazifikbeckens. Der wichtige Schritt, den Hess machte, war, dass Konvektionsströme die treibende Kraft in diesem Prozess sein würden, und er kam zu den gleichen Schlussfolgerungen wie Holmes Jahrzehnte zuvor, mit dem einzigen Unterschied, dass die Ausdünnung der ozeanischen Kruste mit Hilfe des Heezen'schen Mechanismus der Ausbreitung entlang der Bergrücken durchgeführt wurde. Hess kam daher zu dem Schluss, dass sich der Atlantische Ozean ausdehnt, während der Pazifische Ozean schrumpft. Da die alte ozeanische Kruste in den Gräben "verbraucht" wird (wie Holmes und andere war er der Ansicht, dass dies durch eine Verdickung der kontinentalen Lithosphäre geschieht und nicht, wie heute angenommen wird, durch ein Unterschieben der ozeanischen Kruste selbst in den Erdmantel), steigt neues Magma auf und bricht entlang der Spreizungsrücken aus, um neue Kruste zu bilden. In der Tat werden die Ozeanbecken ständig "recycelt", wobei die Bildung neuer Kruste und die Zerstörung alter ozeanischer Lithosphäre gleichzeitig stattfinden. So erklärten die neuen mobilistischen Konzepte, warum die Erde durch die Ausbreitung des Meeresbodens nicht größer wird, warum sich so wenig Sedimente auf dem Meeresboden ansammeln und warum ozeanische Gesteine viel jünger sind als kontinentale Gesteine. ⓘ

Magnetische Streifenbildung

Magnetische Streifenbildung auf dem Meeresboden. ⓘ

Eine Demonstration der magnetischen Streifenbildung. (Je dunkler die Farbe ist, desto näher ist sie an der normalen Polarität) ⓘ

In den 1950er Jahren begannen Wissenschaftler wie Victor Vacquier mit magnetischen Instrumenten (Magnetometern), die von luftgestützten Geräten übernommen wurden, die während des Zweiten Weltkriegs zum Aufspüren von U-Booten entwickelt worden waren, seltsame magnetische Schwankungen auf dem Meeresboden zu erkennen. Dieser Befund war zwar unerwartet, aber nicht völlig überraschend, denn es war bekannt, dass Basalt - das eisenhaltige vulkanische Gestein, aus dem der Meeresboden besteht - ein stark magnetisches Mineral (Magnetit) enthält und die Kompassmessungen lokal verzerren kann. Diese Verzerrung wurde bereits im späten 18. Jahrhundert von isländischen Seefahrern erkannt. Da das Vorhandensein von Magnetit dem Basalt messbare magnetische Eigenschaften verleiht, boten diese neu entdeckten magnetischen Schwankungen ein weiteres Mittel zur Untersuchung des tiefen Meeresbodens. Wenn neu gebildetes Gestein abkühlt, zeichnen solche magnetischen Materialien das damalige Magnetfeld der Erde auf. ⓘ

Als in den 1950er Jahren immer mehr Bereiche des Meeresbodens kartiert wurden, stellte sich heraus, dass es sich bei den magnetischen Schwankungen nicht um zufällige oder isolierte Vorkommnisse handelte, sondern dass sie erkennbare Muster enthielten. Bei der Kartierung dieser magnetischen Muster über eine große Region zeigte der Meeresboden ein zebraähnliches Muster: ein Streifen mit normaler Polarität und der angrenzende Streifen mit umgekehrter Polarität. Das Gesamtmuster, das durch diese abwechselnden Bänder aus normal und umgekehrt polarisiertem Gestein definiert ist, wurde als magnetisches Striping bekannt und wurde 1961 von Ron G. Mason und Mitarbeitern veröffentlicht, die jedoch keine Erklärung für diese Daten im Hinblick auf die Ausbreitung des Meeresbodens fanden, wie Vine, Matthews und Morley einige Jahre später. ⓘ

Die Entdeckung der magnetischen Streifenbildung verlangte nach einer Erklärung. In den frühen 1960er Jahren hatten Wissenschaftler wie Heezen, Hess und Dietz begonnen zu theoretisieren, dass mittelozeanische Rücken strukturell schwache Zonen markieren, in denen der Ozeanboden entlang des Rückenkamms in zwei Hälften gerissen wird (siehe vorheriger Absatz). Neues Magma aus dem Erdinneren steigt leicht durch diese Schwächezonen auf und bricht schließlich entlang des Kammes der Rücken aus, um neue ozeanische Kruste zu bilden. Dieser Prozess, der zunächst als "Fließbandhypothese" bezeichnet und später als Meeresbodenspreizung bezeichnet wurde, läuft über viele Millionen Jahre und bildet weiterhin neuen Meeresboden auf dem gesamten 50 000 km langen System der mittelozeanischen Rücken. ⓘ

Nur vier Jahre nach der Veröffentlichung der Karten mit den "Zebramustern" aus magnetischen Streifen wurde die Verbindung zwischen der Ausbreitung des Meeresbodens und diesen Mustern von Lawrence Morley und Fred Vine und Drummond Matthews im Jahr 1963 unabhängig voneinander korrekt hergestellt, was heute als Vine-Matthews-Morley-Hypothese bezeichnet wird. Diese Hypothese brachte diese Muster mit geomagnetischen Umkehrungen in Verbindung und wurde durch mehrere Beweislinien gestützt:

1. Die Streifen verlaufen symmetrisch um die Kämme der mittelozeanischen Rücken; am oder in der Nähe des Rückenkamms sind die Gesteine sehr jung und werden in Richtung des Rückenkamms immer älter;
2. die jüngsten Gesteine am Kamm des Mittelozeanischen Rückens haben immer die heutige (normale) Polarität;
3. Gesteinsstreifen, die parallel zum Kamm verlaufen, wechseln sich in ihrer magnetischen Polarität ab (normal-umgekehrt-normal usw.), was darauf hindeutet, dass sie während verschiedener Epochen entstanden sind, die die (bereits aus unabhängigen Studien bekannten) normalen und umgekehrten Episoden des Erdmagnetfeldes dokumentieren. ⓘ

Durch die Erklärung sowohl der zebraartigen magnetischen Streifen als auch des Aufbaus des mittelozeanischen Rückensystems gewann die Hypothese der Ausbreitung des Meeresbodens (seafloor spreading hypothesis, SFS) schnell Anhänger und stellte einen weiteren wichtigen Fortschritt in der Entwicklung der Theorie der Plattentektonik dar. Darüber hinaus wurde die ozeanische Kruste nun als natürliches "Tonband" für die Geschichte der geomagnetischen Feldumkehr (GMFR) des Erdmagnetfeldes geschätzt. Heute widmen sich umfangreiche Studien der Kalibrierung der Normalumkehrmuster in der ozeanischen Kruste einerseits und bekannten Zeitskalen, die aus der Datierung von Basaltschichten in Sedimentabfolgen (Magnetostratigraphie) abgeleitet werden, andererseits, um zu Schätzungen vergangener Spreizungsraten und Plattenrekonstruktionen zu gelangen. ⓘ

Definition und Verfeinerung der Theorie

Nach all diesen Überlegungen setzte sich die Plattentektonik (oder, wie sie anfangs genannt wurde, die "Neue Globale Tektonik") in der wissenschaftlichen Welt schnell durch, und es folgten zahlreiche Veröffentlichungen, in denen die Konzepte definiert wurden:

• 1965 fügte Tuzo Wilson, der von Anfang an ein Verfechter der Hypothese der Meeresbodenausbreitung und der Kontinentalverschiebung gewesen war, dem Modell das Konzept der Transformstörungen hinzu und vervollständigte damit die Klassen von Verwerfungsarten, die notwendig waren, um die Mobilität der Platten auf dem Globus zu erklären.
• 1965 fand bei der Royal Society of London ein Symposium über die Kontinentalverschiebung statt, das als offizieller Beginn der Akzeptanz der Plattentektonik durch die wissenschaftliche Gemeinschaft angesehen werden muss und dessen Zusammenfassungen als Blackett, Bullard & Runcorn (1965) veröffentlicht sind. Auf diesem Symposium zeigten Edward Bullard und seine Mitarbeiter mit einer Computerberechnung, wie die Kontinente auf beiden Seiten des Atlantiks am besten zusammenpassen, um den Ozean zu schließen, was als der berühmte "Bullard's Fit" bekannt wurde.
• 1966 veröffentlichte Wilson eine Arbeit, die sich auf frühere plattentektonische Rekonstruktionen bezog und das Konzept des so genannten "Wilson-Zyklus" einführte.
• 1967 schlug W. Jason Morgan auf der Tagung der American Geophysical Union vor, dass die Erdoberfläche aus 12 starren Platten besteht, die sich relativ zueinander bewegen.
• Zwei Monate später veröffentlichte Xavier Le Pichon ein vollständiges Modell, das auf sechs großen Platten und ihren relativen Bewegungen basierte, was die endgültige Anerkennung der Plattentektonik durch die wissenschaftliche Gemeinschaft bedeutete.
• Im selben Jahr stellten McKenzie und Parker unabhängig voneinander ein Modell vor, das dem von Morgan ähnelte und bei dem die Bewegungen der Platten durch Translation und Rotation auf einer Kugel definiert wurden. ⓘ

Die plattentektonische Revolution

Die plattentektonische Revolution war der wissenschaftliche und kulturelle Wandel, der sich aus der Akzeptanz der Theorie der Plattentektonik ergab. Das Ereignis war ein Paradigmenwechsel und eine wissenschaftliche Revolution. ⓘ

Auswirkungen auf die Biogeografie

Die Theorie der Kontinentalverschiebung hilft Biogeographen, die disjunkte biogeographische Verteilung des heutigen Lebens auf verschiedenen Kontinenten zu erklären, die jedoch ähnliche Vorfahren haben. Sie erklärt insbesondere die gondwanische Verbreitung von Laufvögeln und die antarktische Flora. ⓘ

Plattenrekonstruktion

Die Rekonstruktion dient dazu, vergangene (und künftige) Plattenkonfigurationen zu ermitteln, um die Form und den Aufbau alter Superkontinente zu bestimmen und eine Grundlage für die Paläogeographie zu schaffen. ⓘ

Definition von Plattengrenzen

Aktuelle Plattengrenzen werden durch ihre Seismizität definiert. Frühere Plattengrenzen innerhalb bestehender Platten werden anhand verschiedener Anhaltspunkte ermittelt, z. B. durch das Vorhandensein von Ophioliten, die auf verschwundene Ozeane hinweisen. ⓘ

Frühere Plattenbewegungen

Es wird angenommen, dass die tektonischen Bewegungen vor etwa 3 bis 3,5 Milliarden Jahren begonnen haben. ⓘ

Es gibt verschiedene Arten von quantitativen und halbquantitativen Informationen, um die vergangenen Plattenbewegungen einzugrenzen. Die geometrische Passung zwischen Kontinenten, z. B. zwischen Westafrika und Südamerika, ist nach wie vor ein wichtiger Bestandteil der Plattenrekonstruktion. Magnetische Streifenmuster bieten einen zuverlässigen Anhaltspunkt für relative Plattenbewegungen, die bis in die Jurazeit zurückreichen. Die Spuren von Hotspots liefern absolute Rekonstruktionen, die jedoch nur bis in die Kreidezeit zurückreichen. Ältere Rekonstruktionen stützen sich hauptsächlich auf paläomagnetische Poldaten, die jedoch nur die geographische Breite und die Rotation, nicht aber die Länge bestimmen. Die Kombination von Polen unterschiedlichen Alters in einer bestimmten Platte, um scheinbare polare Wanderwege zu erzeugen, bietet eine Methode zum Vergleich der Bewegungen verschiedener Platten im Laufe der Zeit. Weitere Anhaltspunkte liefern die Verteilung bestimmter Sedimentgesteinstypen, Faunenprovinzen, die sich an bestimmten Fossiliengruppen ablesen lassen, und die Lage der orogenen Gürtel. ⓘ

Entstehung und Zerfall der Kontinente

Die Bewegung der Platten hat im Laufe der Zeit zur Bildung und zum Auseinanderbrechen von Kontinenten geführt, wobei sich gelegentlich ein Superkontinent bildete, der die meisten oder alle Kontinente umfasste. Der Superkontinent Columbia oder Nuna bildete sich vor 2.000 bis 1.800 Millionen Jahren und zerbrach vor etwa 1.500 bis 1.300 Millionen Jahren.</ref> Es wird angenommen, dass sich der Superkontinent Rodinia vor etwa 1 Milliarde Jahren bildete und die meisten oder alle Kontinente der Erde umfasste und vor etwa 600 Millionen Jahren in acht Kontinente zerbrach. Die acht Kontinente setzten sich später wieder zu einem anderen Superkontinent namens Pangäa zusammen; Pangäa zerfiel in Laurasia (aus dem Nordamerika und Eurasien wurden) und Gondwana (aus dem die übrigen Kontinente entstanden). ⓘ

Es wird angenommen, dass der Himalaya, das höchste Gebirge der Welt, durch den Zusammenstoß zweier großer Platten entstanden ist. Vor der Hebung waren sie vom Tethys-Ozean bedeckt. ⓘ

Aktuelle Platten

Je nach Definition gibt es in der Regel sieben oder acht "große" Platten: Afrikanische, antarktische, eurasische, nordamerikanische, südamerikanische, pazifische und indo-australische Platte. Letztere wird manchmal in die Indische und die Australische Platte unterteilt. ⓘ

Es gibt Dutzende kleinerer Platten, von denen die sieben größten die Arabische, die Karibische, die Juan de Fuca-, die Cocos-, die Nazca-, die Philippinische und die Schottische Platte sind. ⓘ

Die aktuelle Bewegung der tektonischen Platten wird heute durch Fernerkundungssatellitendaten bestimmt, die mit Messungen von Bodenstationen abgeglichen werden. ⓘ

Andere Himmelskörper (Planeten, Monde)

Das Auftreten von Plattentektonik auf terrestrischen Planeten hängt mit der Masse des Planeten zusammen, wobei zu erwarten ist, dass massereichere Planeten als die Erde Plattentektonik aufweisen. Die Erde könnte ein Grenzfall sein, da ihre tektonische Aktivität auf reichlich Wasser zurückzuführen ist (Kieselsäure und Wasser bilden ein tiefes Eutektikum). ⓘ

Venus

Auf der Venus gibt es keine Hinweise auf aktive Plattentektonik. Es gibt fragwürdige Hinweise auf eine aktive Tektonik in der fernen Vergangenheit des Planeten, doch die seitdem eingetretenen Ereignisse (wie die plausible und allgemein akzeptierte Hypothese, dass sich die venusische Lithosphäre im Laufe von mehreren hundert Millionen Jahren stark verdickt hat) haben eine Eingrenzung des geologischen Verlaufs erschwert. Die zahlreichen gut erhaltenen Einschlagskrater wurden jedoch als Datierungsmethode verwendet, um die Venusoberfläche näherungsweise zu datieren (da bisher keine Proben von Venusgestein bekannt sind, die mit zuverlässigeren Methoden datiert werden könnten). Die ermittelten Daten liegen überwiegend im Bereich von 500 bis 750 Millionen Jahren, obwohl auch Alter von bis zu 1.200 Millionen Jahren berechnet wurden. Diese Forschungen haben zu der ziemlich gut akzeptierten Hypothese geführt, dass die Venus in ihrer fernen Vergangenheit mindestens einmal eine im Wesentlichen vollständige vulkanische Aufschüttung erlebt hat, wobei das letzte Ereignis ungefähr in der Spanne der geschätzten Oberflächenalter liegt. Während der Mechanismus eines solch beeindruckenden thermischen Ereignisses in den Venus-Geowissenschaften nach wie vor umstritten ist, gehen einige Wissenschaftler von Prozessen aus, die bis zu einem gewissen Grad mit Plattenbewegungen zusammenhängen. ⓘ

Eine Erklärung dafür, dass es auf der Venus keine Plattentektonik gibt, ist, dass die Temperaturen auf der Venus zu hoch sind, als dass nennenswertes Wasser vorhanden sein könnte. Die Erdkruste ist mit Wasser getränkt, und Wasser spielt eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Scherzonen. Die Plattentektonik erfordert schwache Oberflächen in der Kruste, entlang derer sich Krustenscheiben bewegen können, und es kann gut sein, dass eine solche Schwächung auf der Venus wegen des Fehlens von Wasser nie stattgefunden hat. Einige Forscher sind jedoch nach wie vor davon überzeugt, dass die Plattentektonik auf diesem Planeten aktiv ist oder war. ⓘ

Mars

Der Mars ist wesentlich kleiner als die Erde und die Venus, und es gibt Hinweise auf Eis auf seiner Oberfläche und in seiner Kruste. ⓘ

In den 1990er Jahren wurde vorgeschlagen, dass die Krustendichotomie des Mars durch plattentektonische Prozesse entstanden ist. Heute sind die Wissenschaftler anderer Meinung und gehen davon aus, dass die Krustendichotomie entweder durch Auftrieb im Marsmantel entstanden ist, der die Kruste des südlichen Hochlands verdickt und Tharsis gebildet hat, oder durch einen gigantischen Einschlag, der das nördliche Tiefland ausgehöhlt hat. ⓘ

Die Valles Marineris könnten eine tektonische Grenze sein. ⓘ

Die Beobachtungen des Magnetfelds des Mars durch die Raumsonde Mars Global Surveyor im Jahr 1999 zeigten Muster magnetischer Streifen, die auf diesem Planeten entdeckt wurden. Einige Wissenschaftler interpretierten diese als Hinweis auf plattentektonische Prozesse, wie etwa die Ausbreitung des Meeresbodens. Die Daten versagen jedoch bei einem "magnetischen Umkehrungstest", mit dem geprüft wird, ob sie durch eine Umkehrung der Polaritäten eines globalen Magnetfelds entstanden sind. ⓘ

Eisige Satelliten

Einige Jupitersatelliten weisen Merkmale auf, die mit plattentektonischen Verformungen in Verbindung gebracht werden können, auch wenn sich die Materialien und spezifischen Mechanismen von plattentektonischen Aktivitäten auf der Erde unterscheiden. Am 8. September 2014 meldete die NASA, dass sie auf Europa, einem Satelliten des Jupiters, Hinweise auf plattentektonische Aktivitäten gefunden hat - das erste Anzeichen für Subduktionsaktivitäten auf einer anderen Welt als der Erde. ⓘ

Auf Titan, dem größten Saturnmond, wurde auf Bildern der Huygens-Sonde, die am 14. Januar 2005 auf Titan landete, tektonische Aktivität festgestellt. ⓘ

Exoplaneten

Auf erdgroßen Planeten ist Plattentektonik wahrscheinlicher, wenn es dort Wasserozeane gibt. Im Jahr 2007 kamen jedoch zwei unabhängige Forscherteams zu gegensätzlichen Schlussfolgerungen über die Wahrscheinlichkeit von Plattentektonik auf größeren Supererden: Das eine Team vertrat die Auffassung, dass Plattentektonik nur episodisch auftritt oder stagniert, während das andere Team die Ansicht vertrat, dass Plattentektonik auf Supererden sehr wahrscheinlich ist, selbst wenn der Planet trocken ist. ⓘ

Die Betrachtung der Plattentektonik ist ein Teil der Suche nach außerirdischer Intelligenz und außerirdischem Leben. ⓘ

Gebirgsbildung und Vulkanismus im Licht der Plattentektonik

Schematische Darstellung der Prozesse entlang der Plattengrenzen und wesentlicher damit einhergehender geologischer Erscheinungen ⓘ

Im Gegensatz zu der klassischen Geosynklinal-Theorie geht man heute davon aus, dass die meisten gebirgsbildenden und vulkanischen Prozesse an die Plattenränder bzw. Plattengrenzen gebunden sind. Hier entstehen als Begleiterscheinungen der sich bewegenden Platten für den Menschen bedeutsame Naturphänomene wie Vulkanausbrüche, Erdbeben und Tsunamis. ⓘ

Es gibt „einfache“ Plattengrenzen, an denen zwei tektonische Platten zusammentreffen und Tripelpunkte, an denen drei tektonische Platten zusammentreffen. Nicht an Plattengrenzen gebunden sind Hotspots, die durch thermische Anomalien im unteren Erdmantel verursacht werden. ⓘ

Konstruktive (Divergierende) Plattengrenzen

Diese Brücke auf Island überspannt eine Bruchzone in jenem Gebiet, in dem sich die Nordamerikanische und die Eurasische Platte voneinander entfernen. ⓘ

Das Auseinanderdriften zweier Platten nennt man Divergenz. Hier entsteht neue Lithosphäre. ⓘ

Mittelozeanische Rücken

Die Mittelozeanischen Rücken (MOR) werden (als sogenannte Rücken und Schwellen) mit einer Gesamtlänge von rund 70.000 km als die größten zusammenhängenden Gebirgssysteme des Planeten Erde angesehen. ⓘ

Die Flanken der MOR steigen relativ sanft an. Die Kammregion weist oft über weite Strecken Einsenkungen auf – den Zentralen Graben. An der Längsachse der MOR erfolgt die eigentliche Neubildung von Erdkruste bzw. Lithosphäre, indem dort große Mengen an größtenteils basaltischem Magma ausschmelzen, aufsteigen und kristallisieren. Nur ein kleiner Bruchteil erreicht hierbei als Lava den Meeresboden. Die junge Lithosphäre mit den frisch auskristallisierten Krustengesteinen hat im Vergleich zu älterer Lithosphäre eine geringere Dichte. Dies ist ein Grund dafür, dass die MOR sich mehrere Tausend Meter über den benachbarten Ozeanboden erheben. Mit steigendem Alter der Lithosphäre steigt deren Dichte, weshalb der Ozeanboden mit wachsender Entfernung von der Längsachse der MOR zunehmend tiefer liegt. Quer zum Zentralgraben verlaufen Bruchzonen (siehe Konservative Plattengrenzen), an denen die einzelnen Abschnitte des MOR gegeneinander versetzt sind. Daher haben die MOR keine durchgehende Kammlinie. ⓘ

Ein eigentümliches vulkanisches Phänomen, das an die Mittelozeanischen Rücken gebunden ist, sind die Schwarzen und Weißen Raucher – hydrothermale Schlote, an denen überhitztes, mineralgesättigtes Wasser austritt. Dabei kommt es an den Schwarzen Rauchern zur Ablagerung von Erzen, die dann sogenannte sedimentär-exhalative Lagerstätten bilden. ⓘ

Intrakontinentale Gräben (Riftzonen)

Auch Riftzonen wie der Ostafrikanische Graben, die als die erste Phase einer Ozeanbildung aufgefasst werden können, sind mit vulkanischer Aktivität verbunden. Allerdings handelt es sich nicht um konstruktive Plattengrenzen im eigentlichen Sinn. Die Plattendivergenz wird hier zu einem Großteil durch das Einsinken und Verkippen kontinentaler Krustenblöcke ausgeglichen. Charakteristisch ist die Aufwölbung der umgebenden kontinentalen Kruste, die aus der Aufheizung und damit einhergehenden Dichteabnahme der ausgedünnten Lithosphäre resultiert und sich in Form herausgehobener Grundgebirgsmassive äußert, welche die Riftflankengebirge (Riftschultern) des Grabensystems bilden. ⓘ

Grabensysteme wie der Ostafrikanische Graben entstehen durch die Tätigkeit sogenannter Manteldiapire. Diese heizen die Lithosphäre auf, dünnen sie aus und wölben sie domartig auf. Die entstehenden Spannungen führen schließlich dazu, dass die Kruste nachgibt und sich dreistrahlige Grabensysteme, ausgehend von den domartigen Aufwölbungen, radial ausbreiten, wobei aufeinandergerichtete Riftstrahlen zusammenwachsen und ein langgestrecktes Grabensystem bilden. Die übrigen Äste des Riftsystems verkümmern. An den tiefreichenden Brüchen in der Kruste, die bei diesen Prozessen entstehen, steigt Magma auf, was für den typischen alkalischen Vulkanismus kontinentaler Riftzonen sorgt. ⓘ

Bei zunehmender Ausweitung der Bruchzonen bilden sich schmale, langgezogene Meeresbecken, die, wie das Rote Meer, bereits mit ozeanischer Kruste unterlegt sind und sich mit der Zeit zu ausgedehnten Ozeanbecken ausweiten können. ⓘ

Destruktive (Konvergierende) Plattengrenzen

Die gegeneinander gerichtete Bewegung zweier Platten wird Konvergenz genannt. Dabei taucht entweder die dichtere der beiden Platten in den tieferen Erdmantel ab (Subduktion), oder es erfolgt eine Kollision, bei der eine oder beide Platten in den Randbereichen stark verformt und verdickt werden. ⓘ

Kollisionstyp

Die Drift der indischen Landmasse nach Norden ⓘ

Wenn die ozeanische Kruste zwischen zwei Kontinentalblöcken vollständig subduziert worden ist, geht die Anden-Typ-Konvergenz in Konvergenz vom Kollisionstyp über. Bei einem solchen Zusammenstoß wird die kontinentale Lithosphäre durch die Bildung ausgedehnter tektonischer Decken enorm verdickt (Gebirgsbildung durch Kontinentalkollision). Ein bekanntes Beispiel dafür bietet der Himalaya, der durch den Zusammenstoß des indischen Subkontinents mit der Eurasischen Platte entstand. ⓘ

Nach einer mehrphasigen Gebirgsbildung (Orogenese), d. h. zeitlich versetzten Zusammenstößen mehrerer Kleinkontinente oder vulkanischer Inselbögen (sogenannte Terrane) mit einem größeren Kontinentalblock und zwischenzeitlichen Subduktionsphasen, können Ophiolithzonen die Grenze zwischen den einzelnen Kleinkontinentalblöcken anzeigen (siehe auch Geosutur). Sowohl an der West- als auch an der Ostküste Nordamerikas finden sich Anzeichen, dass der nordamerikanische Kontinent durch solche mehrphasigen Orogenesen im Laufe seiner geologischen Geschichte immer mehr Kruste ansetzte. ⓘ

Das Bild kann bei schrägem Aufeinandertreffen der Blöcke, wie bei der Apenninhalbinsel im Mittelmeer, noch komplizierter werden. So gibt es Indizien, dass ozeanische Mittelmeerkruste zeitweilig sowohl unter die Afrikanische als auch unter die Eurasische Platte subduziert wurde, während die Iberische Halbinsel, der Sardokorsische Block und die Apenninhalbinsel zwischen den großen Kontinentalblöcken gegen den Uhrzeigersinn rotierten. ⓘ

Konservative Plattengrenzen (Transform-Störungen)

San-Andreas-Verwerfung ⓘ

An konservativen Plattengrenzen oder Transform-Störungen wird Lithosphäre weder neu gebildet noch subduziert, denn die Lithosphärenplatten „gleiten“ hier aneinander vorbei. An und nahe der Erdoberfläche, wo die Gesteine spröde sind, ist eine solche Plattengrenze als Blattverschiebung ausgebildet. Mit zunehmender Tiefe ist das Gestein infolge der hohen Temperaturen nicht spröde, sondern hochviskos, d. h., es verhält sich wie eine extrem zähe Masse. Daher geht die Blattverschiebung in größerer Tiefe in eine sogenannte duktile Scherzone über. ⓘ

Transform-Störungen in kontinentaler Kruste können eine beachtliche Länge erreichen und gehören, wie alle Plattengrenzen, zu den Erdbebenschwerpunkten. Bekannte Beispiele sind die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien oder die Nordanatolische Verwerfung in der Türkei. ⓘ

An den Mittelozeanischen Rücken (MOR) gibt es nicht nur vulkanisch aktive Längsgräben, sondern auch querlaufende Störungen, bei denen es sich ebenfalls um Blattverschiebungen bzw. Scherzonen handelt. Diese zerschneiden die Flanken der MOR in unregelmäßigen Abständen und teilen den Rücken in einzelne, gegeneinander versetzte Abschnitte. Allerdings sind nur die Bereiche der Störungen, die zwischen den Zentralgräben zweier benachbarter MOR-Abschnitte verlaufen, tatsächlich auch konservative Plattengrenzen und damit Transformstörungen im eigentlichen Sinn. Auch die Transformstörungen der MOR sind seismisch aktiv. ⓘ

Hotspots

Ausbruch des Mauna Loa auf Hawaii, 1984 ⓘ

Hotspot-Vulkanismus steht nicht unmittelbar mit der Plattentektonik in Zusammenhang und ist nicht an Plattengrenzen gebunden. Stattdessen wird aus Quellen im tieferen Mantel heißes Material in Form sogenannter Manteldiapire oder Plumes in den Oberen Mantel gefördert, wo aus diesem Material basaltische Magmen mit charakteristischer chemischer Zusammensetzung herausschmelzen, die als Ocean Island Basalts (OIBs, „Ozeaninsel-Basalte“) den Meeresgrund bzw. die Erdoberfläche erreichen. Als Paradebeispiel für Hotspot-Vulkanismus gilt die Insel Hawaii, die mitten auf der Pazifischen Platte liegt. Die Hawaii-Inselkette (bis einschließlich Midway und Kure) und ihre untermeerische Fortsetzung, der Emperor-Rücken, sind dadurch entstanden, dass die ozeanische Lithosphäre kontinuierlich über einen Hotspot geglitten ist, dessen Magmen in regelmäßigen Abständen den Ozeanboden durchschlagen haben. Da Hotspots traditionell als ortsfest gelten, wurden aus dem Verlauf solcher Vulkanketten und dem Alter des Lavagesteins ihrer Vulkane die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit von Lithosphärenplatten rekonstruiert. ⓘ

Zumindest für den Hawaii-Emperor-Rücken lassen neue Erkenntnisse vermuten, dass es sich dort nicht um einen stationären, sondern um einen beweglichen Hotspot handelt. Wissenschaftler untersuchten paläomagnetische Daten in Basalten mehrerer untermeerischer Berge (englisch: sea mounts), d. h. vormaliger Vulkaninseln, des Hawaii-Emperor-Rückens, die Hinweise auf die geographische Breite liefern, in der die Lava seinerzeit erstarrte („Paläobreite“). Die Ergebnisse der Analyse zeigten, dass mit zunehmendem Alter des Gesteins auch die Paläobreite zunimmt, was nahelegt, dass der Hotspot nicht stationär war, sondern im Laufe der letzten 80 Millionen Jahre eine Eigenbewegung nach Süden vollzogen hat, und zwar mit einer mittleren Geschwindigkeit von 4 cm pro Jahr. Da diese Geschwindigkeiten in der gleichen Größenordnung liegen, wie die Plattengeschwindigkeiten (Pazifische Platte aktuell ca. 10 cm pro Jahr) sind mögliche Eigenbewegungen von Hotspots bei Berechnungen der Bewegungsrichtung und der Geschwindigkeit von Lithosphärenplatten anhand von Altersdaten von Hotspotvulkanketten zu berücksichtigen. ⓘ

Auch unter Island befindet sich ein Hotspot. Dort liegt jedoch der Sonderfall vor, dass der Hotspot-Vulkanismus mit dem Vulkanismus eines Mittelozeanischen Rückens zusammenfällt. ⓘ

Ursachen der Plattentektonik und ungelöste Probleme

Wenn die Realität der Kontinentaldrift unter Geowissenschaftlern auch kaum noch bezweifelt wird, so besteht über die Kräfte im Erdinnern, die die Bewegungen der Platten auslösen und vorantreiben, noch fast so viel Unklarheit wie zu Zeiten Wegeners (siehe hierzu auch Mantelkonvektion). Die beiden hier angeführten Theorien galten lange Zeit als gegensätzlich und miteinander unvereinbar. Nach heutiger Sicht werden sie immer mehr als einander ergänzend angesehen. ⓘ

Konvektionsströmungen

Das Prinzip der Plattentektonik (nicht maßstäblich) ⓘ

Die heute am meisten vertretene Meinung geht von langsamen Konvektionsströmen aus, die sich durch den Wärmeübergang zwischen dem heißen Erdkern und dem Erdmantel ergeben. Der Erdmantel wird hierbei von unten aufgeheizt. Die Energie für die Aufheizung des Mantelmaterials könnte nach einer Modellvorstellung noch von der Akkretionsenergie herrühren, die bei der Entstehung der Erde frei wurde. Zum Teil tragen auch radioaktive Zerfallsprozesse zur Aufheizung bei. Die Reibungsenergie der Gezeitenwirkung des Mondes auf den Erdkörper kann wohl vernachlässigt werden. Allerdings bilden Konvektionsströme unter Laborbedingungen, zum Beispiel in erhitzten zähen Flüssigkeiten, sehr hoch strukturierte und symmetrische Formen aus, die z. B. eine Wabenstruktur haben. Dies lässt sich kaum mit der tatsächlich beobachteten Gestalt der geotektonischen Platten und ihren Bewegungen vereinbaren. ⓘ

Eine andere Theorie geht von nur zwei sich gegenüber liegenden Konvektionszentren aus. Eine heute dominante Zelle läge unter Afrika, was das dortige Vorherrschen von Dehnungsbrüchen und das Fehlen einer Subduktionszone am Rand der Afrikanischen Platte erklären würde. Die andere Konvektionszelle läge auf der Gegenseite des Globus – unter der Pazifischen Platte, die ständig an Größe verliert. Der Pazifik, der interessanterweise keinerlei kontinentale Kruste beinhaltet, ist der Überrest eines urzeitlichen Superozeans Panthalassa, der einst Pangaea umschlossen habe. Erst wenn sich im Gebiet des heutigen Pazifik alle Kontinente wieder zu einem neuen Superkontinent vereinigt hätten, würde sich die Bewegung umkehren (Wilson-Zyklus). Der neue Superkontinent würde wieder auseinanderbrechen, um den neuen Superozean, der sich aus Atlantik, Indischem und Arktischem Ozean gebildet hätte, ein weiteres Mal zu schließen. ⓘ

Rekonstruktion der Plattenbewegungen

Stand 2021 gelten der Verlauf der Plattenbewegungen der letzten Milliarde Jahre als gesichert. ⓘ