Bisher glaubte man, dass die Bewegung der tektonischen Platten vor allem durch die Dynamik des Erdmantels gesteuert wird. Doch eine neue, jetzt in „Science“ vorgestellte Theorie der Geodynamik hat diese Vorstellung jetzt quasi auf den Kopf gestellt. Denn nach ihr ist Größe der Subduktionszonen der entscheidende Faktor, der bestimmt, wie schnell sich die Platten gegeneinander bewegen. Die neue Theorie erklärt unter anderem, warum nicht alle Subduktionszonen Hochgebirgsketten wie die Anden in Südamerika ausbildeten.
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Die Erdoberfläche ist nicht massiv und unbeweglich, sondern von tektonischen Platten bedeckt, die mit mehreren Zentimetern pro Jahr gegeneinander verschieben. An einigen Plattengrenzen wandern sie seitlich aneinander entlang, an anderen kollidieren sie und eine Platte wird unter die andere gedrückt und aufgeschmolzen. Solche Subduktionszonen finden sich beispielsweise an der Westküste Südamerikas und entlang der Tiefseegräben des Pazifik. Die Geschwindigkeit, mit der Platten wandern, ist jeweils unterschiedlich, warum, war bisher nur in Teilen klar.
Größe der Subduktionszone entscheidend
Jetzt haben Wissenschaftler verschiedener amerikanischer Forschungseinrichtungen unter Leitung von Wouter Schellart von der Monash Universität ein neues Modell der Plattentektonik entwickelt, dass die Geschwindigkeitsunterschiede erklärt.
Mit Hilfe von Beobachtungsdaten und Computermodellen entwickelten sie eine neue mathematische Theorie, die demonstriert, dass die Geschwindigkeiten der Platten und der Plattengrenzen von der Größe der Subduktionszonen und ihren Begrenzungen abhängt. Diese Skalentheorie besagt, dass die Erscheinungen nicht in allen Größenordnungen gleichverteilt auftreten, sondern in bestimmten Bereichen „Knoten“, lokale Häufungen, bilden. Im Fall der Plattentektonik bedeutet dies, dass eine Platte umso langsamer wandert und subduziert wird, je kleiner sie ist.
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„In gewisser Hinsicht ist die Erdoberfläche der Ausdruck der Dynamik des Erdinneren, aber jetzt wissen wir, dass die Platten selbst den Prozess stärker kontrollieren als der darunterliegende Mantel“, erklärt Dave Stegman von der Universität von Kalifornien in San Diego. „Das bedeutet, dass die Erde viel mehr ein ‘Top-down’-System ist, als es der bisherigen Vorstellung entspricht, nach der die Plattenbewegung vorwiegend von unten heraus angetrieben wird.“
Je kleiner, desto langsamer
Diese Entdeckung erklärt, warum die Australische, die Nazca- und die Pazifischen Platten sich bis zu vier Mal schneller bewegen als die Afrikanische, Eurasische und die Juan de Fuca Platte. „Es liefert auch Erklärungen für die Bewegungen der alten Farallon-Platte, die zwischen Nord- und Südamerika in den Mantel absinkt“, erklärt Schellart. „Diese Platte verlangsamte ihre Ostwärtsbewegung von zehn Zentimetern pro Jahr vor 50 Millionen Jahren auf nur noch zwei Zentimeter heute.“ Die Ursache dafür ist eine Verkleinerung der Subduktionszone von einer Breite von 14.000 Kilometern auf nur noch 1.400.
„Die neue Theorie liefert Wissenschaftler einen dynamischen Rahmen, in dem sich die Geschwindigkeiten der tektonischen Platten in der geologischen Vergangenheit interpretieren lassen“, so Schellart. „Es gibt zudem neue Einblicke darin, warum manche Subduktionszonen gewaltige Gebirgsketten auftürmen, wie die Anden in Südamerika, während andere ihre Bergketten verschlucken und sie durch Becken-und Hügellandschaften wie in Nordamerika oder durch Tiefseegräben wie in der Tasman-See ersetzen.“
Basin-and-Range statt Hochgebirgskette
So hatte die Verkleinerung der Farallon-Platte im Laufe der Millionen Jahre einen dramatischen Effekt auf die Topographie und Struktur des Nordamerikanischen Kontinents: „Bis vor rund 50 Millionen Jahren war die Westküste Nordamerikas durch eine gewaltige Bergkette ähnlich der Anden in Südamerika gekennzeichnet, die von Kanada im Norden bis nach Mexiko im Süden reichte”, so Schellart.
Als sich die Subduktionszone verkleinerte, verringerten sich auch die Kompressionsdrücke entlang der Westküste Nordamerikas, die Gebirgskette wuchs nicht mehr und wurde allmählich abgetragen. Stattdessen entstand die Basin and Range Provinz, eine rund zwei Millionen Quadratkilometer große Region langgestreckter Täler und Hügelrücken, die heute den westlichen Teil Nordamerikas charakterisiert.
(Monash University, 19.07.2010 – NPO)
