Plattentektonik. Wolfgang Frisch

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СКАЧАТЬ ist, ausgedrückt wird. Jede Plattenbewegung oder Relativbewegung zwischen zwei Platten kann daher mit der Lage des Rotationspols auf der Erdoberfläche und der Winkelgeschwindigkeit der Bewegung angegeben werden.

      Dieses Kapitel begibt sich teilweise auf das Gebiet der Geometrie, um Plattenbewegungen verständlich zu machen. Über die Gleichungen mit Winkelfunktionen kann aber auch hinweggelesen werden.

      Die Relativbewegung zwischen zwei Platten verläuft immer parallel zu Transformstörungen. Dies ist für die weiteren Betrachtungen von besonderer Bedeutung. In der Natur gibt es zwar Abweichungen davon, indem die Bewegung an bestimmten Abschnitten von Transformstörungen eine einengende oder zerrende Komponente aufweist (Kap. 8), doch kann dies bei den theoretischen Überlegungen hier vernachlässigt werden. Bei divergierenden Platten kann die Bewegung schräg zur Plattengrenze verlaufen, hat aber die Tendenz, sich gemäß der größten Stabilität der Spreizungsachse senkrecht zu ihr einzustellen. Bei konvergierenden Platten ist eine solche Tendenz nicht ausgeprägt, die Subduktion verläuft oft schräg zum Plattenrand.

Nützliche Transformstörungen

      Transformstörungen sind für die Bestimmung von Plattenbewegungen von großem Nutzen. Sind Transformstörungen exakt ausgerichtet, stellen sie reine Seitenverschiebungen dar und stehen zum gemeinsamen Rotationspol der beiden Platten, die von der Störung getrennt werden, in geometrischer Beziehung: Sie bilden Kleinkreise um diesen Pol. Kleinkreise entstehen durch den Schnitt der Oberfläche der Erdkugel mit Ebenen, die nicht durch den Kugelmittelpunkt gehen. Sie sind kleiner als Großkreise, die durch den Schnitt der Oberfläche mit einer Ebene entstehen, die durch den Mittelpunkt gelegt ist (größtmögliche Kreise auf einer Kugeloberfläche). Am geographischen Gradnetz sind z. B. alle Längenkreise und der Äquator Großkreise, alle anderen Breitenkreise Kleinkreise (Abb. 2.1). So wie sich die Breitenkreise konzentrisch um den geographischen Pol anordnen, sind die Transformstörungen zwischen zwei Platten konzentrisch um den gemeinsamen Rotationspol angeordnet. Zieht man senkrecht zu den Transformstörungen Großkreise, so schneiden sich diese im gemeinsamen Rotationspol – genauso wie sich die Längenkreise der Erde im geographischen Pol, d. h. im Rotationspol der Erde, treffen. Auf diese Weise können die Rotationspole zwischen zwei Platten konstruiert werden (Abb. 2.2).

      Eine Kontrolle erhält man durch die Mercatorprojektion der Erdoberfläche. Bei der Mercatorprojektion liegen die Pole im Unendlichen, die Polregionen können daher nicht dargestellt werden. Das Gradnetz ist orthogonal, d. h., Längen- und Breitenkreise verlaufen geradlinig und stehen senkrecht zueinander. Nimmt man den gemeinsamen Rotationspol zweier Platten als Pol einer Mercatorprojektion, dann müssen alle Transformstörungen, die die beiden Platten trennen, parallel zum Äquator dieser Projektion ausgerichtet sein (Abb. 2.3). Unregelmäßigkeiten bewirken kleine Abweichungen von der idealen Ausrichtung der Transformstörungen. Mittelozeanische Rücken liegen in dieser Darstellung genau senkrecht zu den Transformstörungen, wenn die Ausbreitung des Ozeanbodens senkrecht zu den Spreizungsachsen erfolgt.

Abb. 2.1: Einige mögliche Großkreise (rot) und Kleinkreise (grün) auf einer Kugeloberfläche.

Abb. 2.2: Konstruktion des gemeinsamen Rotationspols zweier divergierender Platten [Morgan 1968]. a) Prinzip der Konstruktion: Die Normalen (gelbe Linien) zu den Transformstörungen, die konzentrischen Kleinkreisen um den Rotationspol folgen, treffen sich im Rotationspol. b) Bestimmung des gemeinsamen Rotationspols der Südamerikanischen und der Afrikanischen Platte mit Hilfe der Transformstörungen am Mittelatlantischen Rücken zwischen Brasilien und Westafrika.

      Die Rotationspole der Platten beiderseits des Mittelatlantischen und des Ostpazifischen Rückens liegen in der Nähe der geographischen Pole [LePichon 1968]. Beide Rücken nehmen weitgehend eine Nord-Süd-Lage, ihre Transformstörungen eine Ost-West-Lage ein. Die bevorzugte Nord-Süd-Orientierung der Mittelozeanischen Rücken spiegelt möglicherweise eine langfristige Beziehung zwischen Plattendrift und Erdrotation wider.

Abb. 2.3: Geometrische Beziehungen zwischen gemeinsamem Rotationspol und Transformstörungen bzw. Bruchzonen in deren Verlängerung am Beispiel des südlichen Atlantiks [LePichon 1968]. Die Mercatorprojektion ist auf den gemeinsamen Rotationspol zwischen Südamerikanischer und Afrikanischer Platte bezogen (58° N, 36° W). Die Transformstörungen laufen im Idealfall parallel zum Äquator der Projektion. Der Mittelozeanische Rücken hat die Tendenz, sich senkrecht dazu einzustellen.

Abb. 2.4: Unterschiedliche relative Plattengeschwindigkeiten entlang der destruktiven Plattengrenze zwischen Karibischer und Cocos-Platte in Abhängigkeit der Entfernung vom gemeinsamen Rotationspol der beiden Platten, der nordwestlich außerhalb des Kartenausschnitts liegt [DeMets et al. 1990]. Die dargestellte Kugel zeigt schematisch die Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit zwischen zwei (divergierenden) Platten von der Entfernung zum Rotationspol.

Relativbewegungen und Tripelpunkte

      Die Relativbewegungen zweier Platten erfolgen an verschiedenen Stellen ihrer gemeinsamen Grenze nicht gleich schnell, nur die Winkelgeschwindigkeit ist die gleiche. Entlang ein und derselben Transformstörung ist die Bewegung gleich groß, weil alle Punkte entlang der Störung gleich weit vom gemeinsamen Rotationspol der beiden Platten entfernt liegen. Entlang der Grenze zwischen zwei divergierenden Platten wird die Spreizungsrate desto kleiner sein, je mehr man sich dem Rotationspol nähert, im Pol selbst wird sie auf Null reduziert (Abb. 2.4). Das Gleiche gilt sinngemäß für Einengungsraten zwischen konvergierenden Platten. 90° vom gemeinsamen Rotationspol der Platten entfernt ist die Bewegung am größten, und zwar entlang der einzigen möglichen Transformstörung, die einen Großkreis nachzeichnet: entlang des Äquators der Rotation.

      Die Abnahme der Geschwindigkeit der Relativbewegung vom Äquator zum gemeinsamen Rotationspol erfolgt nach der Beziehung

      v_α = v₀ cos α,

      wobei v_α die Geschwindigkeit der Relativbewegung auf einem Kleinkreis ist, der sich im Winkel α vom Äquator entfernt befindet (Abb. 2.4). Beträgt die Geschwindigkeit am Äquator der Rotation v⁰, so ist z. B. 30° vom Äquator entfernt (α = 30°)

      und am gemeinsamen Rotationspol v₉₀ = 0.

      Das Plattenmuster der Erde enthält eine Anzahl von Tripelpunkten, das sind Stellen, an denen sich drei Platten oder drei Plattengrenzen treffen. Die Natur der Tripelpunkte kann sehr komplex sein. Der einfachste Fall ist ein Tripelpunkt, an dem drei ozeanische Rücken zusammenlaufen, auch RRR-Tripelpunkt genannt: R steht für (Mittelozeanischer) Rücken. Besitzen die drei Spreizungsachsen СКАЧАТЬ