Urkontinent/Plattentektonik

[RTW112]

Warum zerbrach Gondwana?

Geophysiker starten Expedition zur einsamsten Insel der Welt

Bis heute sind viele Fragen zur Entstehung der Inselgruppe Tristan da Cunha im Südatlantik offen. Dabei ist sie ein Schlüssel zum Verständnis grundlegender Prozesse der Plattentektonik, etwa dem Aufbrechen des Superkontinents Gondwana. Kieler Meeresforscher wollen im Rahmen einer neuen Expedition mit dem Forschungsschiff „MARIA S. MERIAN“ jetzt einige der Rätsel um die Insel lösen.

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[RTW112]

Ozeanische Ur-Kruste „schwitzte“ älteste Kontinente aus

Deutsche Geologen haben eine neue Theorie zur frühesten Phase der Kontinentbildung vorgestellt. Bislang ging man davon aus, dass die ersten Kontinentalgesteine vor rund vier Milliarden Jahren entstanden, indem ozeanische Urkruste durch plattentektonische Bewegungen im Erdmantel versank und in großen Tiefen schmolz. Die neuen Untersuchungen legen nun nahe, dass die Bildung der ersten Kontinentfragmente in viel geringeren Tiefen erfolgte und die Ausgangsgesteine wahrscheinlich nie versenkt worden sind.

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[Spocky]

lol, was ist daran neu? Ich hab bereits im Grundstudium vor 15 Jahren gelernt, dass die Kontinentale Kruste durch Kristallisationsdifferentiation aus dem ursprünglich unvermischten, ultramafischen Material herausgelöst wurde. Dieser Prozess wiederholte sich viele Male und brachte immer saurere Schmelzen hervor, die ihrerseits auch immer leichter wurden und deshalb oben aufschwammen.

Das ganze funktioniert so, dass beim Abkühlen natürlich zuerst die Minerale auskristallisieren, die höhere Schmelztemperaturen haben. Das sind auf basischer Seite der Olivin und auf saurer Seite Bytownit (anorthositreicher Plagioklas, im folgenden Link daher als An90-70 beindext). Olivin ist schwerer als die Restschmelze und sinkt ab, während die Plagioklase leichter sind und aufschwimmen. Man findet in Greenstonebelts sehr viele Hinweise auf wiederholte Abfolgen dieser Vorgänge, die zur Bildung der ersten Kratone führten.

Da Wikipedia diesbezüglich leider sehr mikrig ausgestattet ist hier mal ein Link zu einer aktuellen Version meines damaligen Lehrbuchs:
Mineralogie: Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und ... - Martin Okrusch, Siegfried Matthes - Google Bücher

Prof. Okrusch war übrigens mein damaliger Dozent, Prof. Matthes dessen Vorgänger auf dem Lehrstuhl. Okrusch hat das Buch erst ab Auflage 6 (ich hatte noch die 5. Auflage)überarbeitet, nach dem Tod des Vorgängers, aber das nur mal als Randnotiz^^

[RTW112]

Die Plattentektonik begann vor 3,2 Milliarden Jahren

Forscher haben den Beginn der Plattentektonik auf der Erde datiert: Die Drift der Kontinente begann vor rund 3,2 Milliarden Jahren. Belege dafür fanden sich in 2,8 bis 3,8 Milliarden Jahre altem Kontinentgestein aus Westgrönland. Anhand der Hafnium- und Sauerstoffisotope des Zirkons konnten die Geologen ableiten, welche Prozesse vor Milliarden von Jahren auf der Erde stattgefunden haben. Über ihre Ergbenisse berichten sie in der Fachzeitschrift "Nature".

Quelle

[Spocky]

Da steht ganz unten was von "moderner Plattentektonik". Ansonsten hätt ich das ganze jetzt nicht für realistisch gehalten, denn immerhin bedeutet ja bereits die Existenz von Grünsteingürteln ja bereits, dass es damals Vulkane gab und somit auch eine gewisse Strömung, also Bewegung in der Erdkruste.

Der Limpopo Belt, an dem ich im Rahmen meiner Diplomarbeit gearbeitet habe ist zwar kein Greenstone belt, aber dennoch zeigt er deutliche Spuren mehrfacher kon- und divergenter Phasen (z. B. gefaltete Boudinage, die ich entdeckt habe). Offensichtlich ist da die älteste Phase nach neuesten Datierungen aber auch 3,2 bis 2,9 Ga alt, was mit den Werten hier übereinstimmen würde.

zumindest hab ich jetzt gelernt, dass Zirkone bis zu 30 % Hafniumoxid enthalten können...

[DefiantXYX]

zumindest hab ich jetzt gelernt, dass Zirkone bis zu 30 % Hafniumoxid enthalten können...

Wo entnimmst du das denn dem Artikel? Oder hast du dich darüber hinaus informiert?

[Spocky]

Wo entnimmst du das denn dem Artikel? Oder hast du dich darüber hinaus informiert?

Letzteres

Ich hab geschwind mal Wikipedia wegen Zirkon geschaut, da stand das drin. Gut, Wiki ist nicht die verlässlichste Quelle, aber bei solchen Sachen gehts schon. War einfach zu faul, meine Uni-Bücher rauszusuchen^^

[Liopleurodon]

Wenn du "Urknontinent" sagst, dann gabs weit mehr, als nur die 9 großen, von denen du redest. In dem Fall musst du wirklich alle Kratone aufzählen, wie du hier siehst. Und das sind nur die heute klar umrissenen Kontinente. In meiner Diplomarbeit hab ich beispielsweise den Limpopo Belt, die Kollisionszone des Kaapvaal-Kratons mit dem Zimbabwe-Kraton, untersucht. Die Kollision fand bereits vor 3 Mrd. Jahren statt, wobei es das "die" Kollision nicht gibt. Das Ganze ging mehrfach auseinander und wieder zusammen.

Aus diesem Grund sind Superkontinente älter als Rodinia auch sehr unsicher. Es gab wahrscheinlich auch vorher welche, aber die lassen sich kaum noch rekonstruieren. Superkontinente, die wir relativ eindeutig benennen und beschreiben können, sind demnach

1) Rodinia, vor ca. 1100 - 650 Millionen Jahren ( Precambrian ),
2) Pangaea, vor ca. 300 - 150 Millionen Jahren,

und in der Zukunft nach manchen Modellen

3) Pangaea Ultima, der sich in ca. 250 Millionen Jahren bilden soll.

Laut Peter Ward sind Superkontinente für das Leben auf der Erde sehr ungünstige Phasen. Nicht nur deswegen, weil durch die zusammenhängende Geographie regionale Variationen fehlen. Der größte Teil des Weltkontinentes ist von hohen Bergen umgeben, welche die Regenwolken aufhalten und das Landesinnere vertrocknen lassen. Durch das einheitlich warme Weltklima sind die tieferen Schichten der Ozeane warm und arm an Sauerstoff. Kommen dann noch größere klimatische Schwankungen hinzu - so wie sie für das Perm/Trias-Sterben vor 250 Millionen Jahren auf dem Höhepunkt von Pangaea dokumentiert sind - können sich diese schnell zu globalen Katastrophen ausweiten. Jemand beschrieb das Perm/Trias-Sterben mal als "the closest metazoans have come to being exterminated during the past 600 million years." Eine wichtige Fossilregion für diese Zeit ist die Karroo-Ebene in Südafrika, in der man Spuren eines extrem heißen und trockenen Klimas findet - nur wenige hundert Kilometer vom damaligen geographischen Südpol entfernt.

Sollte diese Vorstellung richtig sein, dann könnte bereits Pangaea Ultima das Ende des höheren Lebens auf der Erde bedeuten. Der Kontinent würde sich zu einer Zeit bilden, in welcher der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre gegen Null tendieren würde, während gleichzeitig die Sonneneinstrahlung um ca. 3% höher wäre als heute. Viele Pflanzen und die von ihnen abhängigen Tiere wären bis dahin ausgestorben, weil sie (die Pflanzen) unter diesen Bedingungen keinen Kohlenstoff mehr binden könnten und verhungern würden. Auch fällt die Absenkung des Kohlendioxidgehaltes der Luft als temperaturregulierendes Element weg, da nicht mehr vorhanden. Die Welt von Pangaea Ultima wäre anfällig für eine unaufhaltsame Überhitzung des gesamten Planeten.

Eine recht gut gelungene Darstellung solch einer Welt findet sich in der Reihe "Die Zukunft ist wild - Die Welt in 250 Millionen Jahren".

[Spocky]

Gibt es noch andere Modelle als den Wilson-Zyklus? (weil du den Plural verwendest)

Was in einer Superkontinentphase noch dazu kommt ist, dass die ozeanische Kruste dann besonders alt und schwer ist, also tiefer in die Asthenosphäre einsinkt, so dass der Meeresspiegel insgesamt tiefer liegt.

Allerdings ist basagte Reihe nicht wirklich realistisch. Es wird kein Gebirge geben, das deutlich höher als der Himalaya wird, weil selbst das schon grenzwertig ist (die tibetanische Hochebene ist das Resultat dessen, dass das Gebirge instabil wird und duktiles Fließen begonnen hat). Außerdem werden Spinnen, also Tracheenatmer in der Höhe (kälte, Luftdruck) sicher nie die dominante Spezies werden - und schon gar nicht in einer solchen Phase mit weniger Pflanzen und folglich kleinerem Sauerstoffpartialdruck.

[Dannyboy]

Außerdem werden Spinnen, also Tracheenatmer in der Höhe (kälte, Luftdruck) sicher nie die dominante Spezies werden - und schon gar nicht in einer solchen Phase mit weniger Pflanzen und folglich kleinerem Sauerstoffpartialdruck.

Viele Spinnen sind keine Tracheenatmer, sondern sie verfügen über eine Fächerlunge im Ophistosoma.

[Spocky]

Zu Fächertracheen bzw. Buchlungen findet sich bei Wikipedia folgender (IMHO) entscheidender Satz:

Eine Ventilation findet wahrscheinlich nicht statt, anscheinend reicht die Diffusion zur Aufnahme von Sauerstoff aus.

http://de.wikipedia.org/wiki/Buchlunge

Für mich ändert sich da also nichts hinsichtlich meiner obigen Aussage.

[Dannyboy]

Was ist denn deine Aussage. Aus irgendeinen Grund kommst du plötzlich auf Spinnen. Warum?

[Liopleurodon]

Gibt es noch andere Modelle als den Wilson-Zyklus? (weil du den Plural verwendest)

Ich bezog mich auf Christopher Scoteses Rekonstruktion von Pangaea Ultima. Er schreibt selbst, dass sein Modell noch mit Unsicherheiten behaftet ist. Mit "Modellen" meinte ich damit die genaue zeitliche und räumliche Ausdehnung des nächsten Superkontinents.

Was in einer Superkontinentphase noch dazu kommt ist, dass die ozeanische Kruste dann besonders alt und schwer ist, also tiefer in die Asthenosphäre einsinkt, so dass der Meeresspiegel insgesamt tiefer liegt.

Auf Scoteses Karte ist Rodinia großenteils geflutet dargestellt. Das dürfte darauf begründet sein, dass man aus dieser Zeit relativ viele marine Sedimente auf den heutigen Landmassen kennt.

Möglicherweise spielt auch noch ein anderer Effekt da hinein. Vor einigen Jahren hatte mal jemand versucht zu quantifizieren, wie viel Wasser in den Subduktionszonen versenkt wird und wie viel durch Vulkane und heiße Quellen wieder zutage gefördert wird. Er kam zu dem Ergebnis, dass zumindest in unserer Epoche 5-mal so viel Wasser versenkt wird wie im Gegenzug wieder nach oben gelangt. Daraus hat er dann geschlossen, dass während des Proterozoikums der Meeresspiegel um mehrere hundert Meter höher gelegen haben soll als heute.

Allerdings ist basagte Reihe nicht wirklich realistisch. Es wird kein Gebirge geben, das deutlich höher als der Himalaya wird, weil selbst das schon grenzwertig ist (die tibetanische Hochebene ist das Resultat dessen, dass das Gebirge instabil wird und duktiles Fließen begonnen hat).

Ich sagte nicht, dass die Berge höher wären als heute. Vielmehr wäre der größte Teil des Superkontinentes von hohen Bergen umgeben, weil sich auf allen Seiten Subduktionszonen befänden. Und um Regen abzuschirmen, reichen ja schon Berge vom Ausmaß der Anden.

Außerdem werden Spinnen, also Tracheenatmer in der Höhe (kälte, Luftdruck) sicher nie die dominante Spezies werden - und schon gar nicht in einer solchen Phase mit weniger Pflanzen und folglich kleinerem Sauerstoffpartialdruck.

Pangaea Ultima würde sich in der Tat drastisch von unserer Welt unterscheiden. Pflanzen mit normaler C3-Photosynthese (zu denen gehören z.B. alle heutigen Bäume, Sträucher und Kräuter) wären bis dahin ausgestorben, weil sie schon heute an ihre physiologischen Grenzen stoßen und eine weitere Absenkung der CO2-Konzentration nicht überleben würden. Überleben könnten nur Pflanzen, die Kohlendioxid aktiv anreichern können. Die Wälder des Superkontinentes bestünden dann wohl aus Bambus, Mais und großen Kakteen.

Vögel und Säugetiere haben zwei wichtige physiologische Grenzen, die Außentemperatur und den Sauerstoffgehalt der Luft. Zu Zeiten von Pangaea Ultima könnten beide Gruppen noch existieren, allerdings wahrscheinlich nicht viel länger darüber hinaus. Die Wüstenbildung im Superkontinent würde allerdings ihre Vielfalt drastisch reduzieren, ebenso wie die verminderte Produktivität der Pflanzenwelt.

Die letzten Bastionen der Artenvielfalt wären vermutlich die seewärts gelegenen Hänge der Küstengebirge, weil fast nur dort noch Regen fällt. Immerhin umfasst diese Zone mehrere Höhenlagen, so dass tatsächlich Organismen mit unterschiedlichen Ansprüchen dort Zuflucht finden könnten.

Auch die Ozeane würden wir kaum noch wieder erkennen, denn die küstennahen Meere wären warmes und stinkendes Brackwasser; gut für Algenblüten und schlecht für Fische. Es gäbe keine Tiefenströmungen mehr, die eine Durchmischung des Oberflächenwassers mit der Tiefsee gewährleisten. In einer Reportage brachte es mal jemand auf den Punkt: "Wenn das Globale Förderband [aus Tiefenströmungen] aufhört zu fließen, dann wird das Leben, so wie wir es kennen, untergehen."

[Spocky]

Was ist denn deine Aussage. Aus irgendeinen Grund kommst du plötzlich auf Spinnen. Warum?

Offensichtlich kennst du die Dokumentation nicht, die Liopleurodon angesprochen hat, sonst wüsstest du den Grund

Ich bezog mich auf Christopher Scoteses Rekonstruktion von Pangaea Ultima. Er schreibt selbst, dass sein Modell noch mit Unsicherheiten behaftet ist. Mit "Modellen" meinte ich damit die genaue zeitliche und räumliche Ausdehnung des nächsten Superkontinents.

Natürlich gibt bei so langen Zeiträumen Unsicherheiten.

Auf Scoteses Karte ist Rodinia großenteils geflutet dargestellt. Das dürfte darauf begründet sein, dass man aus dieser Zeit relativ viele marine Sedimente auf den heutigen Landmassen kennt.

Möglicherweise spielt auch noch ein anderer Effekt da hinein. Vor einigen Jahren hatte mal jemand versucht zu quantifizieren, wie viel Wasser in den Subduktionszonen versenkt wird und wie viel durch Vulkane und heiße Quellen wieder zutage gefördert wird. Er kam zu dem Ergebnis, dass zumindest in unserer Epoche 5-mal so viel Wasser versenkt wird wie im Gegenzug wieder nach oben gelangt. Daraus hat er dann geschlossen, dass während des Proterozoikums der Meeresspiegel um mehrere hundert Meter höher gelegen haben soll als heute.

Das ist ganz sicher Unsinn und zeigt, dass der Mensch keine Ahnung von historischer Geologie hat. Den höchsten bekannten Meeresspiegelstand gabs im Phanerozoikum während der Kreide mit etwa 200 m höher als heute. Schon alleine das widerlegt die Theorie.

In der Frühzeit der Erde gabs auch noch keinen Kontinentalschelf. Das kann man etwa vergleichen mit Hawaii, nicht umsonst ist der Mauna Kea bezogen auf die Umgebung der höchste Berg der Erde. Die Flachmeerzonen entstanden durch Erosion von den Kontinenten und Eintragung des Materials ins Meer. Dieses Material verdrängte dort natürlich auch das Wasser, so dass ein höherer Meeresspiegel erreich wurde.

Ich sagte nicht, dass die Berge höher wären als heute. Vielmehr wäre der größte Teil des Superkontinentes von hohen Bergen umgeben, weil sich auf allen Seiten Subduktionszonen befänden. Und um Regen abzuschirmen, reichen ja schon Berge vom Ausmaß der Anden.

Das war jetzt keine Aussage von dir, sondern von der Doku, die du erwähnt hast.

Pangaea Ultima würde sich in der Tat drastisch von unserer Welt unterscheiden. Pflanzen mit normaler C3-Photosynthese (zu denen gehören z.B. alle heutigen Bäume, Sträucher und Kräuter) wären bis dahin ausgestorben, weil sie schon heute an ihre physiologischen Grenzen stoßen und eine weitere Absenkung der CO2-Konzentration nicht überleben würden. Überleben könnten nur Pflanzen, die Kohlendioxid aktiv anreichern können. Die Wälder des Superkontinentes bestünden dann wohl aus Bambus, Mais und großen Kakteen.

...und Gräsern.

Auch die Ozeane würden wir kaum noch wieder erkennen, denn die küstennahen Meere wären warmes und stinkendes Brackwasser; gut für Algenblüten und schlecht für Fische. Es gäbe keine Tiefenströmungen mehr, die eine Durchmischung des Oberflächenwassers mit der Tiefsee gewährleisten. In einer Reportage brachte es mal jemand auf den Punkt: "Wenn das Globale Förderband [aus Tiefenströmungen] aufhört zu fließen, dann wird das Leben, so wie wir es kennen, untergehen."

Würde ich so nicht sehen. Davon abgesehen, dass Brackwasser Mischwasser aus Fluss- und Meereswasser ist, war das Meereswasser des Mesozoikums in den Tiefen etwa 16 °C warm, also deutlich höher als heute. Natürlich gabs da vor allem während des Jura auch weitläufige sauerstofffreie Zonen (anoxic events), das vor allem durch schwarze Sedimente gekennzeichnet ist (möglicherweise hat das auch gestunken), aber das Leben im Meer ist deshalb nicht erloschen und war auch nicht wirklich artenarm.

[Liopleurodon]

Offensichtlich kennst du die Dokumentation nicht, die Liopleurodon angesprochen hat, sonst wüsstest du den Grund

Das war jetzt keine Aussage von dir, sondern von der Doku, die du erwähnt hast.

OK, ich gebe zu, es ist schon einige Jahre her, dass ich die Serie gesehen habe. Was bei mir speziell hängen geblieben war, waren die großen Wüsten und die Würmer in ihren unterirdischen Wasserlöchern. Allerdings habe ich die Aussage, dass ein Superkontinent auf fast allen Seiten von Bergen umgeben sein soll in mehreren Quellen gelesen.

Das ist ganz sicher Unsinn und zeigt, dass der Mensch keine Ahnung von historischer Geologie hat. Den höchsten bekannten Meeresspiegelstand gabs im Phanerozoikum während der Kreide mit etwa 200 m höher als heute. Schon alleine das widerlegt die Theorie.

Wer jetzt? Scotese mit seiner Darstellung von Rodinia oder der namenlos erwähnte Wissenschaftler, der eine Quantifizierung des Wasserflusses zwischen der Oberfläche und den Subduktionszonen versucht hat?

Letztere gilt - sofern er denn richtig gerechnet hat - natürlich nur für unsere Epoche. Es hieß auch, dass in früheren Zeiten die Temperatur in den Subduktionszonen zu hoch war, um das Wasser dauerhaft halten zu können. Erst in den letzten 750 Millionen Jahren sei die Temperatur jedoch so weit gesunken, dass fast sechsmal mehr Wasser in den Subduktionszonen verschwände als wieder freigesetzt würde, was mit einem Absinken des Meeresspiegels um 600 Meter verbunden sei.

Den Artikel habe ich auch wieder gefunden:

CNN - Leaky seas drying up Earth, scientists report - September 17, 1999

In der Frühzeit der Erde gabs auch noch keinen Kontinentalschelf. Das kann man etwa vergleichen mit Hawaii, nicht umsonst ist der Mauna Kea bezogen auf die Umgebung der höchste Berg der Erde. Die Flachmeerzonen entstanden durch Erosion von den Kontinenten und Eintragung des Materials ins Meer. Dieses Material verdrängte dort natürlich auch das Wasser, so dass ein höherer Meeresspiegel erreich wurde.

Auf welche Frühzeit beziehst Du Dich jetzt? Dass die Kontinente sich erst allmählich bildeten, leuchtet mir ein. Dennoch bleiben wir mal bei der Zeit von Rodinia, weil sich bei diesem Superkontinent die zeitliche und räumliche Ausdehnung noch ganz gut rekonstruieren läßt. Auch gibt es für Rodinia genügend Fundstellen, um Aussagen über trockene und geflutete Bereiche machen zu können.

Aber selbst unfertige Kontinente wären noch kein Argument gegen die Annahme, dass die Erde einst mit deutlich mehr Oberflächenwasser begonnen hat als wir heute noch sehen.

Würde ich so nicht sehen. Davon abgesehen, dass Brackwasser Mischwasser aus Fluss- und Meereswasser ist, war das Meereswasser des Mesozoikums in den Tiefen etwa 16 °C warm, also deutlich höher als heute. Natürlich gabs da vor allem während des Jura auch weitläufige sauerstofffreie Zonen (anoxic events), das vor allem durch schwarze Sedimente gekennzeichnet ist (möglicherweise hat das auch gestunken), aber das Leben im Meer ist deshalb nicht erloschen und war auch nicht wirklich artenarm.

Gerade im Jura und in der Frühkreide gab es aber auch diese riesigen Flachmeerzonen, in denen sich das marine Leben abspielte, das wir aus dieser Zeit kennen. Während der Permkrise jedoch sind die Flachmeere zumindest zeitweise fast verschwunden, was auch ein Faktor beim großen Sterben war: es wurden fruchtbare Lebensräume vernichtet. Eine ähnliche Situation könnte man für Pangaea Ultima auch wieder erwarten.

In der heutigen Situation ist es so, dass viele Küstenregionen ihr reichhaltiges marines Leben dem Aufströmen von nähr- und sauerstoffreichem Tiefenwasser verdanken. Dass überhaupt Tiere in der Tiefsee leben können, scheint auf das überwiegend antarktische Wasser zurückzuführen sein, das in so großen Mengen in die Tiefsee gelangt. In wärmeren Zeiten, wo es diese Tiefenströmungen nicht gibt, fällt der gesamte Lebensraum Tiefsee zumindest für die Tierwelt komplett weg.

Wenn also sowohl in Pangaea als auch in Pangaea Ultima zumindest zeitweise der Meeresspiegel zu niedrig für Flachmeere und die Temperatur zu hoch für kalte Tiefenströmungen ist, dann ist das Massensterben in den Meeren vorprogrammiert; und am Perm/Trias-Übergang ist es auch so zu sehen.