Volker Tesmer - Deutsche Geodätische Kommission

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2. Grundlagen der geodätischen VLBI
struiert werden können. Die derzeitig größte Bewegung zweier Platten gegeneinander findet zwischen der pazifischen
Platte und der vor Südamerika liegenden Nazca-Platte statt, die sich mit ca. 16 cm pro Jahr voneinander
entfernen (z.B. GORDON 1995). Vertikale Bewegungen der Erdkruste sind verglichen mit horizontalen Bewegungen
meist kleinräumig und von kurzer Dauer bzw. über einen langen Zeitraum von mehreren Millionen Jahren
nicht linear. Deshalb werden sie in der Regel von einfachen Modellen der Plattentektonik nicht erfasst.
Das in DEMETS et al. (1990) erstmals vorgestellte Modell NUVEL-1 („Northwestern University Velocity Model“)
beschreibt die relativen Bewegungen von zwölf als in sich stabil angenommenen Platten durch geozentrische
Rotationsvektoren. Mit den drei Komponenten eines Vektors (z.B. Winkelgeschwindigkeit, Breite und Länge des
Rotationspols, um den sich die Platte dreht), kann die Rotation einer Platte auf einer Kugel vollständig beschrieben
werden. DEMETS et al. (1990) berichten, dass für das NUVEL-1 Modell ca. viermal so viele Daten wie in
älteren Modellen wie z.B. P071 (CHASE 1978) oder RM2 (MINSTER und JORDAN 1978) verwendet wurden. Durch
die wesentlich bessere globale Verteilung der Beobachtungen und durch Einsatz zum Teil modernster, hoch
genauer Methoden konnten deutliche Verbesserungen erzielt werden. Für NUVEL-1 wurden insgesamt 1122
geophysikalische Beobachtungen an 22 Plattengrenzen ausgewertet:
- 277 „sea floor spreading rates“, mit denen die Geschwindigkeit der Plattenbewegung an Plattengrenzen im
Meeresboden bestimmt wird. Dabei wird ausgenutzt, dass beim Auseinanderdriften von Platten flüssiges
Gestein austritt, das im momentanen Polarisierungszustand des Magnetfelds der Erde erstarrt. Die Polung
kehrt sich unregelmäßig alle 50 000 bis einige Millionen Jahre um. Kann das Alter des Gesteins bestimmt
werden, lassen sich so Geschwindigkeiten ableiten.
- 121 „transform fault azimuths“, mit denen die Richtung der Bewegung zweier Platten gegeneinander ermittelt
wird. Sie kann von dem Azimut abgeleitet werden, das von dem Spreitungsrücken und quer verlaufenden
Störungen an der Plattengrenze eingeschlossen wird.
- 724 „earthquake slip vectors“, der Richtung der plötzlichen Bewegung von Platten während eines Erdbebens.
Diese Beobachtungen werden durch Auswertung der Richtung des Erstausschlags mehrerer Seismogramme
gewonnen (Herdflächenlösungen), bei denen Longitudinalwellen genutzt werden.
Die in dem Modell NUVEL-1 angegebenen Plattengeschwindigkeiten sind relativ zu der pazifischen Platte. Wie
in ARGUS und GORDON (1991) beschrieben, gibt es auch Ansätze, absolute Plattengeschwindigkeiten, also Bewegungen
von Teilen der Kruste gegenüber dem Mantel (Mesosphäre) der Erde, zu bestimmen. Realisiert werden
solche Modelle z.B. durch das Fixieren vulkanischer Hotspots an Stelle der pazifischen Platte. Hotspots sind Orte
auf der Erdoberfläche, an denen Material aus dem Kern direkt durch den Mantel und schließlich durch die Erdkruste
gelangt. Es wird angenommen, dass die Hotspots ihre Lage zum Mantel nicht verändern. Darüber hinweggleitende
Platten können Inselketten, wie z.B. Hawaii, ausbilden. Ein weiteres Konzept der Realisierung quasiabsoluter
Plattengeschwindigkeiten ist ein „No-Net-Rotation“-Ansatz, bei dem gefordert wird, dass das Integral
der Bewegungen über die gesamte Erdoberfläche gleich Null sein soll. Er wurde bei der Berechnung von NNR-
NUVEL-1 angewendet (ARGUS und GORDON 1991) und wird von GORDON (1995) wegen der geringen Anzahl
existierender Hotspots und der ungenauen Bestimmbarkeit ihrer Lage gegenüber den Platten als der Ansatz eingeschätzt,
der die Bewegungen der Kruste gegenüber dem Mantel besser beschreibt.
In DEMETS et al. (1994) wird das plattentektonische Modell NUVEL-1a mit Geschwindigkeiten relativ zur pazifischen
Platte beschrieben. Dort ist auch eine Rotation angeben, mit der sich NUVEL-1a in ein Modell umrechnen
lässt, das eine No-Net-Rotation-Bedingung erfüllt. Der Unterschied zu den älteren Berechnungen NUVEL-1 bzw.
NNR-NUVEL-1 ist nur ein um ca. 4% kleinerer Maßstab der Plattengeschwindigkeiten. Er wird mit neueren
Erkenntnissen zu der Altersbestimmung der magnetisierten Gesteine in den Konvektionszonen von Ozeanrücken
begründet.
Da viele der Beobachtungen, die zur Bestimmung der NUVEL-Modelle beigetragen haben, geophysikalische
Prozesse der letzten 3 Millionen Jahre nachvollziehen, repräsentieren die so abgeleiteten Plattenbewegungen
mittlere Bewegungen während dieses langen Zeitraums. Obwohl geodätische Beobachtungen erst seit Ende der
siebziger Jahre ausreichend genau sind, bestätigen sie in der Regel die geophysikalisch bestimmten Modelle. Das
plattentektonische Modell „Actual Plate Kinematic Model (APKIM)“ (DREWES 1998) ist ausschließlich aus
geodätischen, nicht aus geophysikalischen Beobachtungen berechnet. Von APKIM werden bis auf die Cocos-
Platte alle Hauptplatten erfasst. Anders als bei den NUVEL-Modellen werden in APKIM die vier Deformationszonen
Mittelmeer, Japan, Kalifornien und südamerikanische Anden gesondert behandelt. Für einen Messpunkt in