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Lithosfeer
Die tektonischen Platten

Das Lithosphäre oder Steinschale[1] ist der äußere Teil des Festkörpers Boden und ist etwa 80 km dick (je nachdem, ob die ozeanisch oder kontinentale Lithosphäre hinsichtlich). Die Lithosphäre unterscheidet sich von der darunterliegenden Asthenosphäre weil der Fels kälter wird, stärker und steifer ist. Die Lithosphäre umfasst neben dem Erdkruste der harte obere Teil des Mantels.

Komposition

Die Lithosphäre besteht aus der Erdkruste und dem oberen Teil des Mantel. Die Kruste besteht aus Gestein mit der durchschnittlichen Zusammensetzung von Basalt (Meereskruste) oder Andesit (kontinentale Kruste). Der Mantel besteht aus Mantelfelsen, dass die Zusammensetzung von Peridotit hast. Zwischen der Kruste und dem Mantel gibt es einen plötzlichen Übergang in der chemischen Zusammensetzung, der Mohorovičić Diskontinuität (abgekürzt Moho) erwähnt.

Die Grenze zur Asthenosphäre wird normalerweise durch die Temperatur definiert, wobei der Übergang zwischen den beiden Schichten als a as angesehen werden kann isotherm. Aufgrund der hohen Temperatur und des hohen Drucks verformt sich die Asthenosphäre im Gegensatz zur Lithosphäre allein auf plastische Weise. In der Asthenosphäre erfolgt daher auch ein Wärmefluss durch Konvektion stattdessen kann die Lithosphäre ihre Wärme nur durch Leitung verlieren.

Plattentektonik

sehen Plattentektonik für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Die Lithosphäre steht nicht still. Aufgrund des Phänomens Plattentektonik das Aussehen der Erde verändert sich ständig. Vor Millionen von Jahren alle Kontinente Zum Beispiel a; es Superkontinentpangaea.

Neue Lithosphäre wird bei a . gebildet mittelozeanischen Rücken oder ein schlank. Es bewegen sich zwei tektonischen Platten auseinander und kommt Magma von dem Mantel in Kontakt mit der kühlen Oberfläche. Dieses Magma erstarrt dann in der Lithosphäre. Wenn sich eine Platte vom mittelozeanischen Rücken wegbewegt, wächst sie mit der Zeit weiter. Oben auf dem Teller bildet sich langsam aber sicher ein Sedimentschicht Formen. Ein Teller versinkt in einem Subduktionszone, wo die Platte bis zu einer Dicke von 100 km anwachsen kann. In einer solchen Subduktionszone verschwindet die Lithosphäre im Mantel.

Die Subduktion findet in der kontinentalen Lithosphäre normalerweise nicht statt. Die kontinentale Lithosphäre bewegt sich mit den Platten, sinkt jedoch nicht, wenn sie mit einer anderen Platte kollidiert. Bei einer Kollision mit der ozeanischen Lithosphäre sinkt die ozeanische Platte (dies ist z Anden). Bei einer Kollision mit einer anderen kontinentalen Lithosphäre werden die Platten schließlich mit einer so großen Kraft gegeneinander gedrückt, dass es zur Gebirgsbildung kommt.

Fließverhalten und Verformung

Wenn in einem Felsen mechanische Spannung auftritt, kann es zu Verformung. Es kann unterschieden werden zwischen duktile Verformung, bei der sich das Material plastisch verformt, ohne zu brechen, und spröde Verformung, wobei nach elastischer Verformung ein Bruch im Material auftritt. Die Beschreibung des Fließverhaltens der Gesteine, aus denen die Lithosphäre besteht, wird auch als Rheologie der Lithosphäre.

Festigkeitsmodell für die kontinentale Lithosphäre

Brace-Goetze-Festigkeitsprofile der Lithosphäre.
Die Stärke in der Tiefe z entspricht dem Differenzspannungσ wo Verformungen auftreten.

Ende der 1970er Jahre entwickelten unter anderem Brace und Goetze ein einfaches rheologisches Modell für die kontinentale Lithosphäre erstellt. Dieses einfache Modell geht davon aus, dass a Erdkruste mit den Eigenschaften von Quarz, während der zugrunde liegende Mantelfelsen soll raus sein Olivin existieren. Außerdem ist ein "normales" Geothermiegradient angenommen, wo die Temperatur fast linear nimmt mit der Tiefe zu.

In diesem rheologischen Modell kann ein theoretisches Festigkeitsprofil der Lithosphäre berechnet werden, wie im nebenstehenden Diagramm dargestellt. Das linke Diagramm zeigt die theoretischen Festigkeitskurven als Funktion der Tiefe.

Die Sprödigkeit eines Gesteins hängt hauptsächlich vom Gesamtdruck des darüberliegenden Gesteins ab. Mit zunehmendem Umgebungsdruck und damit mit zunehmender Tiefe nimmt die Sprödfestigkeit linear zu, wie durch die schwarze Linie im Diagramm dargestellt.

Die Zähigkeit hingegen ist abhängig von einer Reihe weiterer physikalischer Parameter, wie Materialeigenschaften, Temperatur und Verzerrungsrate. Mit steigender Temperatur, d. h. mit zunehmender Tiefe in diesem Modell, Viskosität des Gesteins und die duktile Festigkeit wird korrekt sein exponentiell abnehmen, wie die blauen und grünen Stärkekurven für Quarz bzw. Olivin im Diagramm zeigen. Die ganz linke Kurve für jedes Material stellt die Festigkeit bei einer geringen Verformungsgeschwindigkeit dar, die rechte Kurve für eine schnellere Verformung.

Anhand der Festigkeitskurven im linken Diagramm lassen sich Festigkeitsprofile erstellen, wie sie in den beiden rechten Diagrammen dargestellt sind. Die Festigkeit in einer bestimmten Tiefe ist dann durch das Minimum gegeben Stromspannung wobei entweder spröde oder duktile Verformung auftritt. Das mittlere Diagramm zeigt den theoretischen Festigkeitsverlauf bei langsamer Verformung, das rechte Diagramm bei höherer Verformungsgeschwindigkeit.

Dieses extrem einfache Modell der kontinentalen Lithosphäre sagt zwei Maxima im Festigkeitsprofil voraus. Das erste Maximum bildet die Übergangsschicht zwischen sprödem und duktilem Verformungsverhalten, etwa in der Mitte der Erdkruste. Oberhalb dieser Zone, die spröde duktile Übergangszone erwähnt wird, findet im Modell nur spröde Verformung statt; unter dieser Zone duktile Verformung.

Das Brace-Goetze-Profil[2] sagt auch ein zweites Stärkemaximum unmittelbar unterhalb des moho, in der oberen Mantelschicht. Diese Schicht zeigt nicht nur ein duktiles Verhalten, sondern es kann auch bei höheren Verformungsraten ein sprödes Verhalten auftreten, was Erdbeben in der oberen Mantelschicht erklären kann.

Obwohl dieses Modell in einigen Punkten gut mit den beobachteten Phänomenen übereinstimmt, kann das Modell nicht als eine getreue Darstellung der realen Situation angesehen werden. Berechnungen nach diesem Modell geben nur einen qualitativen Hinweis; Das Modell ist jedoch zu einfach, um praktische, quantitative Ergebnisse in Bezug auf die viel unregelmäßigeren Bedingungen in der realen Lithosphäre zu berechnen.

Festigkeitsmodell für die ozeanische Lithosphäre

Das ozeanische Lithosphäre enthält im Gegensatz zur kontinentalen Lithosphäre praktisch keinen Quarz und hat daher eine deutlich andere Zusammensetzung. Die ozeanische Kruste wird im Modell so dargestellt, dass sie nur aus Olivin besteht. Dadurch enthält das Festigkeitsprofil der ozeanischen Lithosphäre nicht zwei, sondern nur ein Festigkeitsmaximum.

Neben der Zusammensetzung unterscheidet sich auch der Temperaturverlauf in der ozeanischen Lithosphäre deutlich von dem in der kontinentalen Lithosphäre. in der Nähe des mittelozeanischen Rücken die Durchschnittstemperatur ist am höchsten und die Steigung ist steil. Die maximale Stärke liegt hier daher in einer geringen Tiefe. Durch ozeanische Ausbreitung die mittelozeanische Lithosphäre bewegt sich über Millionen von Jahren auf Kontinente zu und kühlt langsam ab. Dies spiegelt sich im Festigkeitsprofil durch ein ausgeprägteres und tieferes Festigkeitsmaximum wider.

Literatur

Verweise

  1. ↑Encarta - Enzyklopädie. 1993-2002 Microsoft Corporation/The Spectrum
  2. ↑So benannt von Molnar 1992, ein Begriff, der später von anderen übernommen wurde