Subduktion
Die plattentektonische Subduktion (von lat. sub „unter“, ducere „führen“) oder Unterschiebung ist das Abtauchen einer Lithosphärenplatte mit ozeanischer Kruste unter eine andere Platte. Dabei wird die abtauchende Platte Unterplatte und die subduzierende Platte Oberplatte genannt.
Das Gegenteil, eine Auf- oder Überschiebung, wird im plattentektonischen Sinn als Obduktion bezeichnet.
Als Subduktionszone bezeichnet man in der geowissenschaftlichen Theorie der Plattentektonik einen Bereich der Lithosphäre, an dem eine Lithosphärenplatte unter eine andere taucht (subduziert wird). Da sich die beiden beteiligten Platten aufeinander zu bewegen, spricht man hierbei auch von einer konvergierende Plattengrenze. Von der Ozean-Kontinent-Subduktion, bei der sich eine ozeanische Platte (aufgrund ihrer höheren Dichte) unter einen Kontinentalblock schiebt, wird die Ozean-Ozean-Subduktion, bei der eine Ozeanische Platte unter eine andere Ozeanische Platte abtaucht, unterschieden. Die jeweils subduzierte Platte weicht nach unten aus und taucht in die Asthenosphäre ein, wo sie weiter absinkt.
Wird einer Ozeanischen Platte durch das Fehlen eines Mittelozeanischen Rückens kein neues Krustennmaterial hinzugefügt oder erfolgt die Krustenneubildung langsamer als die Subduktion, führt dies zur Schließung des entsprechenden Ozeanbeckens. Dieser Prozess kann mit der Kollision zweier Kontinente (Gebirgsbildung) enden, wobei es während dieses Endstadiums dann auch kurzzeitig zur Subduktion dünnerer kontinentaler Kruste kommt. Eine länger währende Subduktion dickerer kontinentaler Kruste ist nicht möglich, da diese einen zu starken Auftrieb besitzt.
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Aufbau einer Subduktionszone[Bearbeiten]
Im Abtauchbereich der ozeanischen Platte bilden sich Tiefseerinnen wie z. B. die mit bis zu 11.034 m tiefste submarine Rinne der Erde, der Marianengraben. Bei Ozean-Kontinent-Konvergenz spricht man von einem aktiven Kontinentalrand. Außerdem entsteht über der Subduktionszone ein Vulkangebirge, wie z.B. die Anden. Konvergieren zwei ozeanische Platten entsteht über der Subduktionszone ein Inselbogen.
Eintauchwinkel und Subduktionsgeschwindigkeit der Unterplatte haben Einfluss auf die tektonischen Vorgänge im Hinterland des Inselbogens oder des kontinentalen Vulkangebirges, dem sogenannten Backarc-Bereich. Ist die Subduktionsgeschwindigkeit niedrig und der Eintauchwinkel steil (>50°), findet im Backarc oft Dehnung der Kruste mit Bildung eines Backarc-Beckens statt, was bei Ozean-Kontinent-Konvergenz sogar zur Entstehung eines kleinen Ozeanbeckens mit mittelozeanischem Rücken führen kann (Backarc-Spreizung). Besonders häufig tritt Backarc-Spreizung jedoch bei Ozean-Ozean-Subduktion auf. Ist die Subduktionsgeschwindigkeit hoch und der Eintauchwinkel flach (<30°), wird der Backarc-Bereich gestaucht und dort entsteht ein Falten- und Überschiebungsgürtel. Dies ist relativ typisch für Ozean-Kontinent-Subduktion.[1]
Erdbeben[Bearbeiten]
Subduktionszonen sind infolge der gegeneinander gerichteten Plattenbewegungen erdbebengefährdet. Beim Abtauchen verhaken sich die beiden Platten und bauen erhebliche Spannungen im Gestein auf, deren ruckartige Freisetzung an der Erdoberfläche zu Erdbeben und untermeerischen Beben (auch Seebeben genannt) mit Tsunamis führen kann. Ein solches Beben einer Subduktionszone ereignete sich am 26. Dezember 2004 im Sundagraben (siehe auch Seebeben im Indischen Ozean 2004). Auch das schwere Tōhoku-Beben vom 11. März 2011, das mit einem verheerenden Tsunami einherging, hatte seine Ursachen in der Subduktion. Die Zone, in der diese Erdbeben entstehen, heißt Wadati-Benioff-Zone.
Metamorphose der abtauchenden Platte[Bearbeiten]
Eine abtauchende ozeanische Platte enthält große Mengen an Wasser. Dieses liegt entweder ungebunden vor, z.B. im Spaltenraum von Störungen[2] oder im Porenraum der Meeressedimente, die sich auf ihr angesammelt haben, oder gebunden in Mineralen. Das Wasser sowie andere leicht flüchtige (volatile) Verbindungen (wie z.B. CO2) werden durch die Zunahme von Druck und Temperatur in mehreren Phasen in Form sogenannter Fluide freigesetzt (Devolatilisierung). Durch die Freisetzung des in Mineralen gebundenen Wassers erfolgt eine Metamorphose der subduzierten Gesteine der Ozeanischen Kruste. Je nach herrschenden Temperaturbedingungen durchlaufen MORB-Basalt, Dolerit und Gabbro, sowie die im Zuge der Ozeanbodenmetamorphose entstandenen Gesteine Spilit und Amphibolit verschiedene sogenannte Metamorphosepfade. An relativ „warmen“ Subduktionszonen erfolgt in einer Tiefe von etwa 50 Kilometern eine direkte Umwandlung in Eklogit (ein Hochdruckgestein, bestehend aus dem Klinopyroxenmineral Omphacit und Granat, sowie Jadeit).[3] An relativ „kalten“ Subdutionszonen erfolgt zunächst eine blauschieferfazielle Metamorphose und die Eklogitisierung findet erst in Tiefen von mehr als 100 Kilometern statt.[3] An Subduktionszonen mit einer starken Wärmeentwicklung infolge der auftretenden Scherkräfte tritt im oberen Teil der Kruste der subduzierten Platte zuerst grünschieferfazielle und mit zunehmender Versenkungstiefe dann amphibolit-, gefolgt von granulit- und schließlich eklogitfazielle Metamorphose auf.[4] Der Olivin der peridotitischen Mantellithosphäre der subduzierten Platte wird in Tiefen zwischen 350 und 670 Kilometer in Spinell umgewandelt und ab Tiefen von mehr als 670 Kilometer erfolgt die Umwandlung in Perovskit und Magnesiumwüstit.[3] Mit all diesen Gesteins- und Mineralumwandlungen geht auch jeweils eine Erhöhung der Dichte einher. Erst durch die Metamorphosen und die entsprechende Dichtezunahme ist ein wirklich tiefes Absinken der überschobenen ozeanischen Kruste in die Asthenosphäre und später in den unteren Erdmantel möglich. Die dadurch auf den noch nicht subduzierten Teil der Lithosphärenplatte wirkenden Zugkräfte (engl.: slab pull) gehören zu den Haupttriebkräften der Plattentektonik.
Vor allem die in größerer Tiefe bei der Eklogitisierung freigesetzten Fluide, die dem Zerfall von Hornblende[5] und von Lawsonit bzw. Klinozoisit sowie Glaukophan und Chlorit entstammen, sind offenbar auch ursächlich für den Vulkanismus an Subduktionszonen.[4]
Vulkanismus[Bearbeiten]
Durch die bei der Metamorphose (siehe Metamorphose der abtauchenden Platte) freigesetzten Fluide (unter diesen Temperatur und Druckbedingungen spricht man von einem überkritischen Zustand und daher von keiner Flüssigkeit) wird der Schmelzpunkt des umgebenden Gesteins herabgesetzt und es kommt zur Anatexis (Teilaufschmelzung) des Mantelkeils oder auch des Akkretionskeils. Das entstandene Magma steigt auf, bleibt aber oft innerhalb der Erdkruste stecken und erstarrt dort zu großen Plutonen.[6]
Das zur Erdoberfläche durchstoßende Magma bildet charakteristische Ketten von Vulkanen. Wo eine ozeanische Platte unter eine andere ozeanische Platte abtaucht, bilden sich Inselbögen wie z. B. die Aleuten. Wenn eine ozeanische unter eine kontinentale Platte taucht, entsteht eine Vulkankette wie die Anden. Entlang der Subduktionszonen des Pazifischen Ozeans bilden die Vulkanketten und Inselbögen den Pazifischen Feuerring.
Das für Subduktionszonen typische Fluid reiche andesitische und damit zähflüssige Magma führt zu explosiven Ausbrüchen und zur Bildung von mächtigen Schichtvulkanen. Beispiele mit besonders explosiven Ausbrüchen sind der Krakatau 1883, der Mount St. Helens 1980 und der Pinatubo 1991.
Eine weitere mögliche Folge der Subduktion sind Petit Spots. 2006 wurden diese etwa 50 Meter hohe Vulkane im Japangraben in 5000 m Tiefe auf der abtauchenden Platte erstmals beobachtet. Es wird vermutet, dass durch die Verbiegung der abtauchenden Platte dort Risse und Spalten entstehen und deshalb aus der Asthenosphäre Magma bis zum Ozeanboden aufsteigen kann.[7]
Bedeutung für die Plattentektonik[Bearbeiten]
Da die kontinentale Kruste spezifisch leichter als die ozeanische Kruste ist, kommt es in der Erdgeschichte großräumig immer zur Subduktion von Meeresboden: Plattenränder mit ozeanischer Kruste tauchen in den Mantel ab, wo sie metamorph umgewandelt werden, womit in erster Linie eine Entwässerung der Platte einhergeht. Dabei kommt es teilweise zur Hebung der überschiebenden oberen (häufig kontinentalen Platte) sowie zu Erdbeben durch die bei der Subduktion aufgebauten Spannungen und die Reibung.
Die im oberen Erdmantel durch die subduzierte Platte freigewordenen Fluide oder Volatile verlassen diese und steigen entweder durch vorhandene Klüfte und Störungen bis an die Erdoberfläche auf, oder verursachen im oberen Erdmantel ein partielles Aufschmelzen von Gestein und damit den typischen Vulkanismus an Subduktionszonen. Der Großteil einer abtauchenden Platte sinkt im plastischen Mantel mindestens bis zur Mantelübergangszone und wahrscheinlich noch weiter bis zur Kern-Mantel Grenze ab.
Lokal kommt es allerdings vor, dass beim zusammenprall von kontinentaler und ozeanischer Kruste Terrane auf die Kontinente aufgeschoben, dabei Teile der ozeanischen Kruste an der Kontinentalkante abgeschert, und ebenfalls obduziert werden.
Die Subduktion gleicht den Raumgewinn durch die neu entstehende ozeanische Kruste bei der Ozeanbodenspreizung an den mittelozeanischen Riftzonen aus.
Auswirkungen[Bearbeiten]
Durch diesen Vorgang wird der gesamte Meeresboden ständig erneuert, weshalb es nur in geologischen Ausnahmesituationen wie im Mittelmeer oder bei Ophiolithen ozeanische Kruste gibt, die älter als 200 Millionen Jahre ist.[8]
Typische Lagerstätten[Bearbeiten]
Typische primäre Lagerstättentypen an Subduktionszonen sind Porphyrische Kupferlagerstätten oder sogenannte Iron-Oxide-Copper-Gold (kurz IOCG) Lagerstätten, es existieren aber auch sekundäre Lagerstätten wie die Salare in denen Lithium gewonnen wird, sowie viele andere Lagerstätten die in Zusammenhang mit gebirgsbildenden Prozessen (wie Metamorphose) stehen.
Siehe auch[Bearbeiten]
- Kreislauf der Gesteine
- Alfred Wegener - Entdecker der Plattentektonik
- Seismologie
- Plinianische Eruption
Weblinks[Bearbeiten]
Commons: Subduktion – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien- Subduktion
- SFB 574 - Volatiles and Fluids in Subduction Zones: Climate Feedback and Trigger Mechanisms for Natural Disasters
- Vom Meeresboden zum Vulkangipfel Video über die Arbeit des Kieler Sonderforschungsbereichs (SFB) 574 Volatile und Fluide in Subduktionszonen vom GEOMAR I Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.
- Simon Wellings: Oceanic crust – that sinking feeling, All-Geo-Blogs, Metageologist, 9. September 2012 (englisch)
Einzelnachweise[Bearbeiten]
- ↑ Serge Lallemand, Arnauld Heuret, David Boutelier: On the relationships between slab dip, back-arc stress, upper plate absolute motion, and crustal nature in subduction zones. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, Bd. 6, Heft 9, 2005, DOI: 10.1029/2005GC000917
- ↑ M. Lefeldt, C. R. Ranero, I. Grevemeyer: Seismic evidence of tectonic control on the depth of water influx into incoming oceanic plates at subduction trenches. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, Bd. 13, Heft 5, 2012, DOI: 10.1029/2012GC004043
- ↑ a b c Simon M. Peacock: Thermal Structure and Metamorphic Evolution of Subducting Slabs. Inside the Subduction Factory TEI, Eugene, Oregon, 2000 (Lecture Note), online (PDF; 401 kB)
- ↑ a b Simon M. Peacock: The importance of blueschist → eclogite dehydration reactions in subducting oceanic crust. Geological Society of America Bulletin. Bd. 105, Nr. 5, 1993, S. 684-694, doi:10.1130/0016-7606(1993)105<0684:TIOBED>2.3.CO;2
- ↑ Thermal Aspects of Subduction Zones. Plate Tectonics: Geological Aspects, Lecture 6 (Active Margins & Accretion). Online-Vorlesungsskript auf der Homepage der University of Leicester.
- ↑ W. Frisch, M. Meschede: Plattentektonik. Primus Verlag, Darmstadt 2009, ISBN 978-3-89678-656-2
- ↑ geowissenschaften.de: Rätselhafte Mini-Vulkane – „Petit Spots“ am Japangraben
- ↑ J. Grotzinger u.a.: Allgemeine Geologie. Spektrum Akademischer Verlag, Berlin/ Heidelberg 2008, ISBN 978-3-8274-1812-8, S. 42
