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EINFÜHRUNG Die Theorie der Plattentektonik brachte der Wissenschaft eine Revolution, die vielleicht so bedeutend war wie Einsteins Relativitätstheorie, weil sie die Wissenschaftler in die Lage versetzte, unter anderem die Gründe für die Standorte und die Verteilung von Vulkanen und Erdbeben auf der Erdoberfläche zu verstehen. Vorher gab es eine Unzahl seltsamer und wundervoller Theorien, darunter auch den Glauben, daß aus der Tatsache, daß sich viele Vulkane in Meeresnähe befinden, zu schließen ist, daß vulkanische Aktivität mit der Wechselwirkung zwischen Wasser und Feuer zusammenhängt!
Was ist Plattentektonik?
Die Plattentektonik, die erst vor zwanzig Jahren zum ersten Mal beschrieben wurde, ist die Erforschung der Erdkruste und der Bewegungen ihrer Lithosphäre (Platten).
Die innere Struktur der Erde läßt sich in drei klar definierte und getrennte konzentrische Abschnitte einteilen: die Lithosphäre, den Mantel und den Kern
Die Lithosphäre ist die äußerte Hülle der Erde, bestehend aus den ersten 70 bis 100 km einschließlich der Kruste.
Der Mantel, der 83 % des Erdvolumens einnimmt, ist etwa 2.800 km dick. Den oberen Teil des Mantels nennt man Asthenosphäre. Hierbei handelt es sich um eine \"plastische\" Schicht von etwa 600 km Dicke, die eine konstante Temperatur von ca. 1.300 - 1.400 °C und einen Druck von etwa 40 kbar hat.
Der Kern mit einem Radius von etwa 3.500 km ist das massive eiserne \"Herz\" der Erde, umgeben von flüssigem Eisen und Nickel.
Bei Messungen über kurze Zeiträume erweist sich der Mantel als massiv.Über einen langen Zeitraum (d.h. in Millionen Jahren) gemessen ist er jedoch \"plastisch\" und erfährt Konvektionen. Infolge der Mantelbewegungen wird die Lithosphäre auf seiner Oberfläche nach und nach neu gestaltet. Sie wird in einzelne Teile (Platten) aufgebrochen und bewegt sich zwischen 1 cm und 20 cm pro Jahr. (Die Erdkruste besteht aus etwa 12 großen und einigen kleineren Platten.) Es gibt drei Arten von Plattenrändern: konstruktive, destruktive und konservierende Ränder.
Konstruktive Plattenränder findet man dort, wo sich die Platten voneinander weg bewegen - an mittelozeanischen Rücken oder an Kontinentalspalten. Diese Bereiche werden dort, wo sich die ozeanische Kruste bildet, auch divergente Plattengrenzen genannt.
Destruktive Plattenränder treten dort auf, wo sich die Platten aufeinander zu bewegen und eine Platte unter die andere gedrückt wird. Diese Bereiche nennt man auch konvergente Plattengrenzen.
Konservierende Plattenränder findet man dort, wo die Platten aneinander vorbei gleiten, ohne daß Kruste gebildet oder zerstört wird. Diese Bereiche nennt man auch transformierende Plattengrenzen.
KONSTRUKTIVE PLATTENRÄNDER
An konstruktiven Plattenrändern (wie im Atlantischen Ozean), wo sich die Platten voneinander weg bewegen, bildet sich eine neue Kruste, indem heißes Mantelmaterial aufsteigt, die Spalte zwischen den zwei Platten füllt und beim Abkühlen aushärtet. Es bilden sich große Rücken, die sich bis zu 3.000 m über den Meeresboden erheben. Dieser Prozeß wird als Spreizung des Meeresbodens bezeichnet. Landmassen, die auf diesen Platten liegen, wurden nach und nach auseinandergedrückt. Der atlantische Ozean erweiterte sich, und der südamerikanische und der afrikanische Kontinent, die vor 100 Millionen Jahren eine einzige Landmasse bildeten, trennten sich voneinander und werden pro Jahr 10 bis 50 mm weiter auseinandergedrückt. Im östlichen Pazifik findet dieser Vorgang sogar noch schneller statt. Hier sind es bis zu 80 mm pro Jahr. Dieses Phänomen bezeichnet man als Kontinentalverschiebung.
Die Rücken, die an konstruktiven Plattenrändern entstehen, sind an einigen Stellen bis zu 4.000 km breit und bilden eine über 60.000 km lange Kette rund um den Erdball. Sie bildet das wichtigste Vulkansystem der Erde. Praktisch der gesamte Meeresboden (zwei Drittel der Erdoberfläche) besteht aus vulkanischem Basaltgestein, das aus Vulkanausbrüchen auf den Ozeanrücken in den letzten 200 Millionen Jahren stammt. Nur zwei dieser Rücken befinden sich auf dem trockenen Land: Island und die Afar-Senke in Ostafrika.
Ein Beispiel: 1963 entstand durch einen unterseeischen Vulkanausbruch die Insel Surtsey vor der isländischen Küste, einem stark vulkanischen Gebiet. Der Druck aus dem Inneren des Mantels drückte einen Teil des mittelatlantischen Rückens an die Oberfläche und ließ die neue Insel entstehen, die inzwischen 2,6 km2 groß ist und noch immer vom Kegel ihres Vulkans beherrscht wird.
DESTRUKTIVE PLATTENRÄNDER
An destruktiven Plattenrändern gleitet eine Platte unter die andere, und es entsteht eine sogenannte Subduktionszone. Subduktionsvulkane sind explosiver und gefährlicher als die Kette sanfterer Vulkane auf dem mittelozeanischen Rücken. Dies ist auf die Gegenwart von Wasser und die Bildung von Gasen zurückzuführen, die sich in dem mit der Subduktion verbundenen dickflüssigen, zähen Magma lösen. Tritt Subduktion in einem ozeanischen Gebiet auf, bilden sich, wie an den Rändern des Pazifischen Ozeans, Inselbögen und -gräben. Bei einer Kontinentalplatte taucht am Rande der oben liegenden Platte eine Bergkette auf, wie im Falle der Anden, wo die Nazca-Platte unter die südamerikanische Platte abtaucht. An diesen Stellen treten häufige Vulkan- und Erdbebenaktivitäten auf. An anderen Stellen, an denen zwei Kontinentalplatten kollidieren, falten sich weiche Gesteinssedimente nach oben auf und bilden Faltengebirge wie die Rocky Mountains, die Anden und die Alpen. Das jüngste Ereignis dieser Art liegt 65 Millionen Jahre zurück, im Tertiär, als das Himalayagebirge entstand. Die indische Platte bewegte sich nach Norden und kollidierte mit der eurasischen Platte. Die beiden Platten waren zuvor durch den Tethys-Ozean getrennt.
Beim Eintauchen der abwärtsdriftenden Platte in den Mantel entstehen entlang des oberen Randes der Platte Erdbeben. Man nennt dies die Benioff-Zone. Die einsinkende Platte schmilzt, wenn sie auf das flüssige Magma trifft, und vermischt sich mit diesem, wobei eine neue Art Magma mit einer niedrigeren Dichte entsteht. Dieses neue Magma kann dann durch Risse in der darüberliegenden Kruste aufsteigen und vulkanische Aktivität verursachen. Diese Vulkane wiederum können Inselbögen entstehen lassen, wie es z.B. im Tongagraben im Südpazifik der Fall ist. Einige der tiefsten Gräben in den Meeresböden (und der tiefsten Erdbeben) entstehen in Subduktionszonen.
Beispiel: Die japanischen Inseln sind ein Gebiet mit extremen tektonischen Störungen und sind von mehr Erdbeben betroffen als jedes andere Land - über 7.500 im Jahr. Die Menschen in Japan spüren alle paar Wochen Erdstöße, und Städte wie Tokio haben ständig Katastrophenteams in Bereitschaft. Die meisten Leute nehmen an regelmäßig stattfindenden Erdbebenübungen teil. In diesem Teil der Welt treten vier größere Platten auf, wodurch zwei Subduktionszonen entstehen, die dafür sorgen, daß die ozeanische Kruste unter Japan selbst abtaucht. Japan hat auch viele Vulkane und heiße Quellen (eine große Touristenattraktion). Es ist Teil des pazifischen \"Feuergürtels\" - ein Kreis aus Vulkanen, der sich um den Pazifischen Ozean zieht. Zur Zeit gibt es in Japan achtzig aktive Vulkane, darunter der berühmte Fujiyama. Das jüngste Erdbeben trat am 17. Januar 1995 um 17.46 auf der Insel Awaji, außerhalb der Stadt Kobe im Süden Japans auf. Mit einer Stärke von 7,2 auf der Richterskala richtete es Schäden in Höhe von schätzungsweise über 100 Millionen US $ an. 5.000 Menschen kamen ums Leben, weitere 35.000 wurden verletzt. 171.000 Häuser stürzten ein, und 7.500 Häuser wurden durch Brände zerstört. 130 km des Streckennetzes für Hochgeschwindigkeitszüge wurden geschlossen, ebenso der gesamte Hanshin Highway, als 1 km eines auf Stelzen gelegten Streckenabschnittes einstürzte. Japan ist außerdem von Flutwellen (oder Tsunamis ) bedroht, die durch seismische Störungen auf dem Meeresboden hervorgerufen werden. Im Juli 1993 verwüstete ein 30 m hoher Tsunami, der unmittelbar auf ein unterseeisches Erdbeben in der Nähe folgte, die Westküste von Hokkaido. Als er auf die Insel Okushiri auftraf, hatte er eine Geschwindigkeit von 500 km/h und forderte 158 Todesopfer.
KONSERVIERENDE PLATTENRÄNDER
In einigen Kollisionsgebieten, wie an der Westküste Nordamerikas, tritt keine Subduktion oder Krustenablagerung auf. Die Platten schleifen an konservierenden (oder transformierenden) Rändern aneinander vorbei und verursachen netzförmige Risse in der Kruste, verbunden mit mächtigen Erdbeben.
Beispiel: Der San-Andreas-Graben in Kalifornien ist ein typisches Beispiel für diese Art der Plattenbewegung und war bereits Schauplatz zahlreicher Erdbeben, darunter auch die Erdbebenkatastrophe von San Francisco im Jahre 1906. Der Graben zieht sich über 1.100 km durchs Land. Wissenschaftler registrieren jährlich 20.000 Erdstöße, wenn auch die meisten davon leicht sind und nur von empfindlichen Instrumenten aufgezeichnet werden. Los Angeles liegt auf der pazifischen Platte, während San Francisco auf der nordamerikanischen Platte sitzt. Es ist durchaus möglich, daß die beiden Städte sich in einigen Millionen Jahren treffen!
HOT SPOTS
Obwohl Hot-Spot-Vulkane wahllos mitten auf den Platten auftreten, sind sie dennoch von den Plattenbewegungen betroffen. Hot Spots bleiben an ihrem Ort, und die darüberliegenden Platten bewegen sich über sie hinweg, so daß sich im Laufe von Millionen von Jahren Vulkanketten bilden. Ein Vulkan entsteht, dann bewegt sich die Platte weiter und nimmt den Vulkan mit sich. Beim nächsten Ausbruch bildet sich ein neuer Vulkan und so weiter. Da die einzelnen Vulkane von ihrem Hot Spot entfernt werden, erlöschen sie.
Beispiel: Die hawaiische Inselkette auf der Pazifikplatte ist auf diese Weise entstanden. Hawaiis Vulkane Mauna Loa und Kilauea, heute noch aktiv, werden nach und nach erlöschen, in dem Maße, wie sich Hawaii vom Hot Spot weg bewegt. Hot-Spot-Vulkane sind sehr spektakulär, aber weniger gefährlich als Vulkane in einer Subduktionszone. Die Magmaquelle durchbohrt in dramatischer Weise die Platte (sie fungiert dabei als eine Art Lötlampe) und produziert eine Lavafontäne, die sich mit einer Geschwindigkeit von 100 km pro Stunde über den Vulkankegel ergießt.
Aufgabe A
VORHERSAGE VON ERDBEBEN UND VULKANAUSBRÜCHEN
Der unerwartete Ausbruch des Vesuvs im Jahre 79 n. Chr. forderte ca. 2.000 Todesopfer. Hätte derselbe Ausbruch in heutiger Zeit stattgefunden, läge aufgrund der starken Besiedlung in den Gebieten rings um die Vulkane die Zahl der Todesopfer um die 200.000. Dieses Land ist extrem fruchtbar und deshalb dicht besiedelt. Aus diesem Grunde ist es wichtig, daß wir in der Lage sind, seismische Aktivitäten genau aufzuzeichnen und vorherzusagen, um Menschenleben zu schützen. 1975 rettete eine erfolgreiche Vorhersage in Haicheng in China bis zu 90.000 Menschenleben, da die Stadt vor einem Erdbeben evakuiert wurde. Das Erdbeben zerstörte 90 % der Stadt. (Übrigens scheinen Tiere seismische Aktivitäten besser vorhersehen zu können, es gibt allerdings keine gesicherten Daten, die dies belegen. Im Winter vor dem Erdbeben in Haicheng, das sich im Februar ereignete, zeigten Hühner, Frösche, Schlangen und Hunde ein außergewöhnlich unruhiges Verhalten.) In den letzten Jahren sind die Vorhersagen immer verläßlicher geworden, und die Wissenschaftler benutzen jetzt Weltraumtechnologie für ihre Arbeit. Satelliten schicken Laserstrahlen auf die Erdoberfläche, und Radioteleskope der NASA benutzen abgestimmte Radiosignale, um kleinste Veränderungen in den Gesteinsbewegungen festzustellen. Der Tiltmeter ist ein einfaches, aber sehr effektives Instrument zur Messung von Veränderungen in der Neigung des Bodens. Er besteht aus einem Wasserrohr mit einem Wasserbehälter an jedem Ende, in dem eine empfindliche Apparatur jede Veränderung am Wasserspiegel anzeigt. Seismographen zeichnen unterirdische Erschütterungen auf, und Strainmesser (Verformungsmesser), über einer Grabenlinie angebracht, messen Bewegungen auf beiden Seiten des Grabens. Vulkanische Aktivitäten können dadurch vorhergesagt werden, daß man viele verschiedene Anzeichen mißt, darunter die Emission von Gasen, die vor einem Ausbruch freigesetzt werden, den Wasserstand in Brunnen, seismische Erschütterungen, strukturelle Deformierungen (Magma, das unter Druck steht, verursacht ein Aufwölben der Erdkruste, bevor es austritt) und Veränderungen am Magnetfeld der Erde. Die Aufzeichnung und Beobachtung dieser Parameter erweitert unsere Kenntnisse davon, welche Veränderungen im einzelnen von Bedeutung sind, und helfen uns so bei der Vorhersage zukünftiger Ausbrüche.
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