Ozeanische Kruste


Ozeanische Kruste
Übergang von ozeanischer und kontinentaler Kruste an einem passiven Kontinentalrand. Darstellung stark vereinfacht

Die ozeanische Erdkruste bezeichnet den ozeanischen Anteil der Erdkruste im Schalenbau der Erde und ist damit Teil der Lithosphäre. Wie die kontinentale Lithosphäre steht auch die ozeanische Lithosphäre im isostatischen Gleichgewicht mit der Asthenosphäre des oberen Erdmantels und ist von dieser durch die Mohorovicic-Diskontinuität („Moho“) abgegrenzt. Die ozeanische Erdkruste besteht wie die kontinentale Erdkruste zu einem Großteil aus Silicium und Sauerstoff, besitzt jedoch im Gegenteil zu dieser einen höheren Magnesiumanteil, weshalb man sie auch oft mit Sima oder SiMa abkürzt.

Inhaltsverzeichnis

Entwicklungsprozess

Die ozeanische Erdkruste wird entlang der mittelozeanischen Rücken ständig neu aufgebaut, einen Vorgang, den man als Ozeanbodenspreizung bezeichnet. Den divergierenden Plattengrenzen folgend, reißt hier die ozeanische Kruste auf, Magma des oberen Erdmantels strömt nach und formt dabei neue Kruste. Die Geschwindigkeit mit der die ozeanische Erdkruste divergiert bezeichnet man als Spreizungsrate. Diese ist für verschiedene Gebiete unterschiedlich, auch über die Zeit kann sie sich ändern. Während diese neue Kruste abkühlt und an Mächtigkeit zunimmt, wandert sie zusammen mit der schon älteren Kruste fließbandartig von ihrem Ursprungsort weg. An der Plattengrenze zu einer kontinentalen Erdkruste oder einer weniger dichten ozeanischen Erdkruste (z. B. im Westpazifik) taucht die ozeanische Erdkruste ab (Subduktion), eine Tiefseerinne zeigt sich an der Oberfläche. Dies ist möglich, da mit dem Abkühlen der ozeanischen Kruste die Dichte der Kruste zunimmt und sogar die Dichte des darunter liegenden oberen Erdmantels übertreffen kann[1][2]. Beim Absinken wird das Krusten-Material umgewandelt und dabei ausscheidendes Wasser[3] verursacht beispielsweise Schichtvulkane auf der gegenüberliegenden Erdkruste.

Ursache

Als Erklärung für die Bewegung (Plattentektonik) der ozeanischen Erdkruste gibt es mehrere Modelle. Ein Modell sieht die Konvektion der Asthenosphäre als Ursache an, wobei mittels Reibung die Erdkruste bewegt wird. In einem weiteren Modell geht man davon aus, dass die ozeanische Erdkruste an den mittelozeanischen Rücken aufgrund der Schwerkraft auseinander gezogen wird (ridge push) und an den Subduktionszonen durch die abtauchende Erdkruste hinab gezogen wird (slab pull). Theoretische Berechnungen legen nahe, dass die „slap pull“ Kraft um den Faktor zehn größer ist, als die „ridge push“ Kraft[2].

Eigenschaften

Die für zahlreiche Prozesse sehr wichtige durchschnittliche Dichte der ozeanischen Erdkruste beträgt 3,2 g/cm3.

Dicke

Normale Ozeanische Erdkruste hat eine Dicke von 7 km +/- 1 km (zwischen 5 km und 8 km) bis zur Mohorovičić-Diskontinuität. Bei Transform-Zonen und bei mittelozeanischen Rücken mit besonders niedrigen Spreizungsraten geht die Dicke gegen Null. In der Nähe von Hot-Spots beträgt die Dicke zwischen 9 km und 12 km.[4] An den Stellen wo Inseln oder Inselbögen liegen, beträgt die Dicke der Ozeanischen Erdkruste zwischen 15 km und 30 km. Gelegentlich schließt die Ozeanische Kruste auch kleine Stücke kontinentaler Kruste ein, wodurch die Dicke dann mehr als 30 km betragen kann.

Zu berücksichtigen ist noch eine durchschnittliche Tiefe der Ozeane von 3800 m[5].

Alter

Altersdarstellung der ozeanischen Kruste. Die roten Bereiche markieren die jüngsten Krustenabschnitte entlang der mittelozeanischen Rücken

Durch die Besonderheit des Krustenaufbaus und -abbaus wird die ozeanische Kruste in der Regel nur 80 Millionen Jahre alt. Nirgends gibt es Kruste die älter als 200 Millionen Jahre ist. Einige der ältesten Teile liegen im Atlantischen Ozean vor Nordamerika und im Pazifik östlich des Marianengrabens.

Tiefenverlauf am Ozeanboden

Die Oberfläche der ozeanische Kruste ist identisch mit den Ozeanböden unterhalb der Tiefsee-Sedimente. Nach dem das flüssige Magma an einem mittelozeanischen Rücken bis zum Ozeanboden aufgestiegen ist, fängt es an abzukühlen. Dadurch nimmt die Dichte des Gesteins zu und somit auch die Meerestiefe. Mit Hilfe der Bathymetrie lässt sich bis zu einem Alter von etwa 70 Millionen Jahren ein Tiefenverlauf messen, der einer solchen Annahme entspricht. Es ergibt sich eine vereinfachte Funktion (Sclater-Formel) für die Ozeantiefe, die nur von der verflossenen Zeit und der Höhe des Mittelozeanischen Rückens abhängt (Tiefe des Meeresbodens am Mittelozeanischen Rücken ~ 2.5 km, Meerestiefe in km und vergangene Zeit in Millionen Jahre):

Meerestiefe = 2.5 + 0.35 * \sqrt[2]{Zeit} [6]

Für ältere Teile der Kruste ist der Verlauf des Ozeanbodens flacher, fast waagrecht und kann durch eine Exponentialfunktion vom Typ (e (k * Zeit)) angenähert werden. Der tatsächliche Verlauf ist in der Regel durch beispielsweise einen Hot-Spot gestört.

An den divergierenden Plattengrenzen wölbt sich die ozeanische Erdkruste unterschiedlich stark auf, wobei ein Mittelozeanischer Rücken nur der unmittelbar an der Plattengrenze befindliche Teil ist. Die komplette Aufwölbung kann einen Bereich von mehreren hundert Kilometern rechts und links der Plattengrenze umfassen, während der Rücken selber nur wenige Kilometer breit ist.[7] Die Größe der Aufwölbung entspricht nicht nur der unterschiedlich hohen Ozeanbodenspreizung, sondern führt auch zu einer Änderung der Höhe des Meeresspiegels über geologische Zeiträume hinweg. So zeigt sich eine hohe Spreizungsrate zusammen mit einem erhöhten Meeresspiegel und eine niedrigere Rate mit einem niedrigerem Meeresspiegel. Beispielsweise soll in der Zeit zwischen dem späten Jura und der späten Kreide unter anderem auch deshalb der Meeresspiegel um 270 m höher als heute gelegen haben[8].

Seismische Eigenschaften

Die Geschwindigkeit der P-Wellen beträgt etwa 7 km/s und ist damit größer als die Geschwindigkeit bei kontinentaler Kruste von etwa 6 km/s. Die Geschwindigkeit der Seismischen Wellen ist bei einer dünneren und älteren (da kältern) Kruste höher.

Die Geschwindigkeit der S-Wellen beträgt etwa 4 km/s.

Zusammensetzung

Die ozeanische Kruste besteht hauptsächlich aus Basalten und Gabbros, die zumeist von Sedimentschichten bedeckt sind.

Zusammensetzung der ozeanischen Erdkruste in Massenprozent
Element Anteil Verbindung Anteil
O 49,5 SiO2 49,4
Si 23,1
Al 4,1 Al2O3 15,4
Fe 6,8 FeO 10,1
Mg 4,6 MgO 7,6
Ca 8,9 CaO 12,5
Na 1,0 Na2O 2,6
K 0,1 K2O 0,3
Summe 98,1 Summe 97,9

Quellen

  1. www.sg.geophys.ethz.ch: Ozeanische Lithosphäre
  2. a b www.sg.geophys.ethz.ch: Plate driving forces
  3. www.min-web.de: Subduktion
  4. F. Tilmann: Physics of the Earth - The Oceanic Crust
  5. soest.hawaii.edu: Physiography of the Seafloor
  6. David T. Sandwell: Einfache Formel für die Ozeantiefe als Funktion der Zeit (Gleichung 38)
  7. www.whoi.edu: Ergebnisse des MELT Experiments
  8. H. Seyfried, R. Leinfelder: Meeresspiegelschwankungen - Ursachen, Folgen, Wechselwirkungen

Siehe auch


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