9 Konvergene Plattenraender Subduktionszonen ...
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Konvergente Plattengrenzen
Konvergente Plattengrenzen<br />
Sind notwendig, da die an divergenten<br />
Plattengrenzen neu gebildete Lithosphäre an<br />
anderer Stelle wieder verschwinden muss<br />
(Durchmesser der Erde bleibt gleich)
Press and Siever, 1998
Press and Siever, 1998
Press and Siever, 1998
Im Zuge der Kollision kann auch kontinentale Kruste nach<br />
unten in den Mantel transportiert werden, jedoch nur in<br />
beschränktem Maße da:<br />
Kontinentale Kruste relativ dick (ca. 30 km)<br />
Kontinentale Kruste relativ leicht (ρ = ca. 2,8 g cm -3 )<br />
Wenn die leichte Kontinentale Kruste in den schweren<br />
Mantel eintaucht, erfährt sie einen isostatischen Auftrieb.<br />
Dies hemmt weitere Subduktion.<br />
Ozeanische Kruste hingegen verhält sich anders, da:<br />
Ozeanische Kruste relativ dünn (ca. 7 km)<br />
Ozeanische Kruste relativ schwer (3,0 g cm -3 )
Inselbogen entwickelt sich<br />
intraozeanisch auf Ozeanischer<br />
Kruste<br />
Inselbogen entwickelt sich auf<br />
Kontinentaler Kruste<br />
Aktiver Kontinentalrand<br />
Kontinent/Kontinent-Kollision<br />
Frisch and Meschede, 2005
Konvergente Plattenränder<br />
Frisch and Meschede, 2005
Press and Siever, 1998
Press and Siever, 1998
Forearc-Becken<br />
Akkretionskeil<br />
Vulkan. Arc<br />
Trench<br />
Back-Arc-Becken<br />
durch Back-Arc-Spreading<br />
Reliktischer, inaktiver<br />
vulkan. Arc
Heute beobachten wir im<br />
westlichen Pazifik bis zu 3<br />
Generationen solcher Backarc-<br />
Becken hinter den modernen<br />
Vulkanischen Bögen.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Atlantic-trench.JPG
http://clasticdetritus.files.wordpress.com/2008/02/sss10_caribbean.gif
Frisch and Meschede, 2005
Beben von Banda Aceh (Sumatra), 2004<br />
Magnitude 9,1<br />
> 200 000 Tote v.a. durch Tsunami<br />
Der Spiegel 12/2004
Isothermen im Bereich einer<br />
Subduktionszone<br />
Kalte Platte taucht in den<br />
heißen Mantel ab und<br />
schleppt die Isothermen nach<br />
unten<br />
Frisch and Meschede, 2005
Tarbuck and Lutgens, 1997
lau = flache Beben (bis 70 km Tiefe),<br />
gelb = mitteltiefe Beben (70 – 300 km Tiefe),<br />
rot = sehr tiefe Beben (300 bis 700 km)<br />
Tarbuck and Lutgens, 1997
Maximale Bebentiefe = ca. 700 km.<br />
Dies ist extrem tief, wenn man bedenkt, dass man hier schon<br />
tief im Mantel steckt.<br />
Im Mantel existieren 2 markante Diskontinuitäten hinsichtlich<br />
der seismischen Wellengeschwindigkeit (V P ), die durch<br />
Dichteunterschiede zustande kommen.<br />
410 km (Olivin Spinell, Wadsleyit)<br />
660 km (Spinell Perowskit, Mg-Wüstit)<br />
Offensichtlich vermögen einige der abtauchenden Platten<br />
nicht nur die erste, sondern auch die zweite Diskontinuität zu<br />
durchschreiten. Bei einigen scheint es jedoch Probleme an<br />
diesen Grenzflächen zu geben (z.B. Tonga)
Isacks and Molnar, 1972
Unter dem Akkretionskeil liegen häufig<br />
Überschiebungsbeben vor, die Beben<br />
sind hier auf die Kontaktfläche von<br />
Ober- und Unterplatte beschränkt. Hier<br />
haben wir also Scherverformung weil<br />
die größte Hauptnormalspannung (rote<br />
Pfeile) schräg auf die Kontaktfläche<br />
wirkt. Es entstehen asymmetrische<br />
bzw. non-koaxiale<br />
Deformationsgefüge.<br />
Weiter unten bis in eine Tiefe von ca.<br />
400 km kommt es zur dip-parallelen<br />
Extension (blaue Pfeile). Diese<br />
Extension resultiert aus dem Slab-<br />
Pull, d.h. die Platte ist unten sehr<br />
schwer (z.B. Gabbro wird durch<br />
Metamorphose in schwereren Eklogit<br />
umgewandelt). Schwerer Eklogit zieht<br />
Platte nach unten. Es entstehen<br />
symmetrische bzw. koaxiale Gefüge.<br />
In noch größerer Tiefe kommt es meist<br />
wieder zu dip-paralleler Kompression<br />
(rote Pfeile). Dies könnte mit dem<br />
Anstieg der Dichte im Mantel<br />
zusammenhängen (Perowskitbildung).<br />
Isacks and Molnar, 1972, aus<br />
Frisch and Meschede, 2005
Isacks and Molnar, 1972
Green, 1995<br />
Anzahl der Beben fällt mit<br />
der Tiefe ab bis ca. 300 km.<br />
Von 300 – 450 km bleibt sie<br />
fast gleich. In größerer Tiefe<br />
steigt sie wieder an. In Tiefen<br />
>700 km kommen keine<br />
Beben mehr vor.
Das Minimum der<br />
Bebenhäufigkeit fällt in etwa<br />
mit der Manteldiskontinuität<br />
bei ca. 410 km zusammen,<br />
entlang der Olivin in Spinell<br />
umgewandelt wird<br />
Olivin<br />
Spinell<br />
Green, 1995
Green, 1995
Zwischenbeben (rote Punkte)<br />
finden statt, wenn Serpentin<br />
(wasserhaltiger Olivin)<br />
entwässert wird, während er in<br />
unteren Mantel abtaucht.<br />
Tiefbeben (schwarze Punkte)<br />
hängen mit der Umwandlung<br />
von Olivin in das dichtere<br />
Mineral Spinell zusammen.<br />
Diese Umwandlung läuft in der<br />
kalten abtauchenden Platte<br />
verzögert ab.<br />
In 700 km Tiefe sind auch die<br />
letzten Olivinreste zerfallen.<br />
Darunter ist kein Erdbeben mehr<br />
zu verzeichnen, da der<br />
Übergang von Spinell in<br />
Perowskit unspektakulär abläuft.<br />
Zwischenbeben<br />
Tiefbeben<br />
Green, 1995
Man unterscheidet weiterhin<br />
High-Stress- und Low-Stress-<br />
<strong>Subduktionszonen</strong><br />
High-Stress-Typ<br />
(Bsp. Peru-Chile-Subduktionszone)<br />
- flach einfallende Benioff-Zone,<br />
- junge Platte zeigt nach oben konvexe<br />
Wölbung vor dem Trench<br />
- großer Akkretionskeil<br />
- Subduktionserosion<br />
- flache Erdbeben mit großer Magnitude,<br />
da intensive Kopplung zw. Ober- und<br />
Unterplatte<br />
- kalkalkalische u. tholeiitische Magmen<br />
Low-Stress-Typ<br />
(Bsp.: Marianen-Subduktionszone)<br />
- steil einfallende Benioff-Zone<br />
- alte Platte ohne Wölbung vor dem<br />
Trench<br />
- kein oder nur kleiner Akkretionskeil<br />
- wenige starke Erdbeben, da nur<br />
geringe Kopplung zwischen Ober- und<br />
Unterplatte<br />
- v.a. basaltische Magmen u. Backarc-<br />
Becken (wegen roll-back)
Subduktionserosion<br />
Bsp. Anden<br />
1 2<br />
Woran erkennt man Subduktionserosion<br />
- Verlagerung des Magmatischen Bogens<br />
- Sedimentvolumen im Trench ist deutlich<br />
geringer als jenes, das von Flüssen angeliefert<br />
wird
Subduktionserosion am<br />
Plattenrand vor Costa<br />
Rica, wo Cocos-Platte<br />
unter Karibische Platte<br />
abtaucht.<br />
Durch Subduktionserosion<br />
wird die<br />
Oberplatte verkürzt, und<br />
der Plattenrand verlagert<br />
sich in Richtung<br />
Nordosten.<br />
Frisch and Meschede, 2005
Subduktion von Tiefseebergen am Plattenrand vor Costa Rica. Durch<br />
das Eindringen in die Subduktionszone hinterlassen die Tiefseeberge<br />
tiefe Furchen in der Oberplatte<br />
Frisch and Meschede, 2005
Schmelzbildung unter dem<br />
Vulkanbogen einer<br />
Subduktionszone.<br />
Wasserabgabe aus der<br />
Subduktionszone führt zur<br />
Bildung von Serpentin im<br />
lithosphärischen Mantel der<br />
Oberplatte sowie zur<br />
Schmelzbildung im heißen<br />
Asthenosphärenkeil<br />
Frisch and Meschede, 2005
Inselbogen:<br />
Es dominieren Theoleit-Basalte u.<br />
andesitische Basalte<br />
Vulkanischer Bogen am Kontinentalrand:<br />
Es dominieren Andesite und Dacite<br />
Press and Siever, 1998
Subduktions-Vulkanismus ist wesentlich explosiver als der basaltische an<br />
ozeanischen Rücken, da mehr volatile Elemente im Magma enthalten sind.<br />
Schmelzen sind z.T. sauer mit hoher Viskosität, so dass sich der<br />
Förderkanal verstopft. Häufig sind Stratovulkane, wie der Fujiyama in Japan
Frisch and Meschede, 2005
Yagrumito Mud Volcano in Monagas, Venezuela<br />
http://www.answers.com/topic/mud-volcanocat=technology
Würden wir im Bereich der Subduktionszone<br />
ein Loch bohren, so hätten wir in 100 km<br />
Tiefe ca. 400° C<br />
Geothermischer Gradient = 4° C/km<br />
Frisch and Meschede, 2005
Würden wir im Bereich der Subduktionszone<br />
ein Loch bohren, so hätten wir in 100 km<br />
Tiefe ca. 400° C<br />
Geothermischer Gradient = 4° C/km<br />
Bohren wir in die kontinentale Kruste, unter<br />
die subduziert wird (Oberplatte), so haben<br />
wir 400°C schon in ca. 20 km Tiefe<br />
Geothermischer Gradient = 20° C/km<br />
Frisch and Meschede, 2005
Würden wir im Bereich der Subduktionszone<br />
ein Loch bohren, so hätten wir in 100 km<br />
Tiefe ein Temperatur von ca. 400° C<br />
Geothermischer Gradient = 4° C/km<br />
Bohren wir in die kontinentale Kruste, unter<br />
die subduziert wird (Oberplatte), so haben<br />
wir 400°C schon in ca. 20 km Tiefe<br />
Geothermischer Gradient = 20° C/km<br />
Bohren wir in die Oberplatte im Bereich des<br />
Vulkanischen Bogens, so haben wir 400°C<br />
schon in ca. 10 km Tiefe<br />
Geothermischer Gradient = 40° C/km<br />
Frisch and Meschede, 2005
40°C/km<br />
40°C/km<br />
20° C/km<br />
7° C/km<br />
20° C/km<br />
7° C/km
40°C/km<br />
40°C/km<br />
20° C/km<br />
7° C/km<br />
20° C/km<br />
7° C/km
Glaukophanschiefer, Ile de Groix, Frankreich<br />
Eklogit, Weißenstein, Münchberger Gneismasse,<br />
Ostbayern
α-Quarz<br />
Coesit<br />
trigonal<br />
Dichte: 2,65 g/cm³<br />
monoklin<br />
Dichte: 2,91 g/cm³<br />
Eckverknüpfte SiO 4 -Tetraeder bilden<br />
3 1 -Schraubenachsen um die trigonale<br />
c-Achse von Quarz. Jedes dieser<br />
Tetraeder weist zusätzlich eine<br />
Verknüpfung zu zwei benachbarten<br />
Schrauben auf.<br />
Coesit besteht aus 4er-Ringen von SiO 4 -<br />
Tetraedern, die zu Ketten verknüpft sind.<br />
Diese Ketten (unterschiedliche farbig<br />
dargestellt!) sind weiter zu Schichten<br />
verknüpft, so dass weitere 4-Ringe entstehen.
Hinweise auf Ultrahochdruckmetamorphose<br />
Relikte von Coesit neben<br />
Quarz in Pyrop-Granat<br />
(Alpen, Dora-Maira-Massiv)<br />
Mikrodiamanteinschlüsse<br />
in Zirkon<br />
(Erzgebirge)<br />
Chopin, 2003
Vorkommen von Ultrahochdruckmetamorphiten<br />
Chopin, 2003
Generell haben wir im Bereich von<br />
konvergenten Plattenrändern meist<br />
beide Typen von Metamorphose<br />
vorliegen:<br />
Hochdruck (HP)-Metamorphose im<br />
Bereich der eigentlichen<br />
Subduktionszone<br />
Niederdruck (LP)-Metamorphose<br />
im Bereich des Magmatischen<br />
Bogens.<br />
Dies führt dazu, dass heute rund<br />
um den Pazifik metamorphe<br />
Doppelgütel (paired metamorphic<br />
belts) vorliegen.<br />
HP-Gürtel liegt seewärts<br />
LP-Gürtel liegt im Bereich des<br />
Magmatischen Bogens.<br />
Entfernung zwischen beiden<br />
Gürteln = 100 – 250 km.<br />
Miyashiro, 1972
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