Geologie

Kritisieren und interpretieren Sie die wichtigsten Beweise für die Theorie der Plattentektonik.

Die Plattentektonik ist das wichtigste Konzept der modernen Geologie. Dieser Abschnitt führt Sie in das Konzept der Plattentektonik ein, wie es funktioniert, warum es wichtig ist und wie es die heutige Welt prägt.

Theorie der Plattentektonik

Als das Konzept der Ausbreitung des Meeresbodens aufkam, erkannten die Wissenschaftler, dass dies der Mechanismus ist, der erklärt, wie sich Kontinente um die Erdoberfläche bewegen können. Wie die Wissenschaftler vor uns werden wir nun die Ideen der Kontinentalverschiebung und der Ausbreitung des Meeresbodens in der Theorie der Plattentektonik zusammenführen.

Schauen Sie sich dieses Video über die Kontinentalverschiebung und den Mechanismus der Ausbreitung des Meeresbodens an, um die Plattentektonik zu erklären.

Die tektonischen Platten der Erde

Boden und Kontinente bewegen sich auf der Erdoberfläche, aber was bewegt sich eigentlich? Aus welchem Teil der Erde bestehen die „Platten“ der Plattentektonik? Auch diese Frage wurde mit Hilfe von Technologien beantwortet, die in Kriegszeiten – in diesem Fall im Kalten Krieg – entwickelt wurden. Die Platten bestehen aus der Lithosphäre.

In den 1950er und frühen 1960er Jahren richteten Wissenschaftler Seismographennetzwerke ein, um festzustellen, ob feindliche Nationen Atombomben testeten. Diese Seismographen zeichneten auch alle Erdbeben rund um den Planeten auf. Anhand der seismischen Aufzeichnungen konnte das Epizentrum eines Erdbebens lokalisiert werden, d. h. der Punkt auf der Erdoberfläche, der sich direkt über dem Ort befindet, an dem das Erdbeben auftritt.

Die Epizentren der Erdbeben umreißen die Platten. Mittelozeanische Rücken, Gräben und große Verwerfungen markieren die Ränder der Platten, und hier entstehen die Erdbeben (Abbildung 1).

Die Lithosphäre ist in ein Dutzend Haupt- und mehrere Nebenplatten unterteilt (Abbildung 2). Die Ränder der Platten können durch Verbinden der Punkte, die die Epizentren der Erdbeben markieren, eingezeichnet werden. Eine einzelne Platte kann aus ozeanischer Lithosphäre oder aus kontinentaler Lithosphäre bestehen, aber fast alle Platten bestehen aus einer Kombination von beidem.

Die Bewegung der Platten über die Erdoberfläche wird als Plattentektonik bezeichnet. Die Platten bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von wenigen Zentimetern pro Jahr, etwa so schnell wie Fingernägel wachsen.

Wie sich die Platten bewegen

Wenn die Ausbreitung des Meeresbodens die Platten antreibt, was treibt dann die Ausbreitung des Meeresbodens an? Stellen Sie sich zwei nebeneinander liegende Konvektionszellen im Erdmantel vor, ähnlich wie in Abbildung 3.

1. Heißer Erdmantel aus den beiden benachbarten Zellen steigt an der Rückenachse auf und bildet neue Ozeankruste.
2. Der obere Schenkel der Konvektionszelle bewegt sich horizontal vom Rücken weg, ebenso wie der neue Meeresboden.
3. Die äußeren Schenkel der Konvektionszellen tauchen in den tieferen Mantel ein und ziehen ozeanische Kruste mit sich. Dies geschieht in den Tiefseegräben.
4. Das Material sinkt zum Kern und bewegt sich horizontal.
5. Das Material erwärmt sich und erreicht die Zone, in der es wieder aufsteigt.

Sehen Sie sich diese Animation der Mantelkonvektion an und schauen Sie sich dieses Video an:

Plattengrenzen

Plattengrenzen sind die Kanten, an denen zwei Platten aufeinander treffen. Die meisten geologischen Aktivitäten, einschließlich Vulkanen, Erdbeben und Gebirgsbildung, finden an Plattengrenzen statt. Wie können sich zwei Platten relativ zueinander bewegen?

• Divergente Plattengrenzen: die beiden Platten bewegen sich voneinander weg.
• Konvergente Plattengrenzen: die beiden Platten bewegen sich aufeinander zu.
• Transformierte Plattengrenzen: die beiden Platten gleiten aneinander vorbei.

Die Art der Plattengrenze und die Art der Kruste auf beiden Seiten der Grenze bestimmt, welche Art von geologischer Aktivität dort zu finden ist.

Divergente Plattengrenzen

Platten bewegen sich an mittelozeanischen Rücken auseinander, wo sich neuer Meeresboden bildet. Zwischen den beiden Platten befindet sich ein Grabenbruch. Lavaströme an der Oberfläche kühlen schnell ab und werden zu Basalt, aber tiefer in der Kruste kühlt das Magma langsamer ab und bildet Gabbro. Das gesamte Rückensystem besteht also aus Eruptivgestein, das entweder extrusiv oder intrusiv ist. An mittelozeanischen Rücken kommt es häufig zu Erdbeben, da die Bewegung von Magma und ozeanischer Kruste zu Krustenerschütterungen führt. Die meisten mittelozeanischen Rücken befinden sich tief unter dem Meer (Abbildung 4).

Sehen Sie sich diese Animationen an:

• Divergente Plattengrenze am mittelozeanischen Rücken
• Divergente Plattengrenze

Können divergente Plattengrenzen innerhalb eines Kontinents auftreten? Was ist die Folge? Inkontinentales Rifting (Abbildung 5), Magma steigt unter dem Kontinent auf, wodurch dieser dünner wird, bricht und schließlich auseinanderbricht. In der Lücke entsteht neue Ozeankruste, so dass ein Ozean zwischen den Kontinenten entsteht.

Konvergente Plattengrenzen

Wenn zwei Platten zusammenstoßen, hängt das Ergebnis von der Art der Lithosphäre ab, aus der die Platten bestehen. In jedem Fall führt das Zusammentreffen zweier riesiger Lithosphärenplatten zu Magmaerzeugung und Erdbeben.

Ozean-Kontinent

Wenn ozeanische Kruste mit kontinentaler Kruste konvergiert, taucht die dichtere ozeanische Platte unter die kontinentale Platte. Dieser Prozess, der als Subduktion bezeichnet wird, findet an den ozeanischen Gräben statt (Abbildung 6). Die gesamte Region wird als Subduktionszone bezeichnet. In Subduktionszonen kommt es häufig zu starken Erdbeben und Vulkanausbrüchen. Die subduzierende Platte führt zum Schmelzen des Erdmantels. Das Magma steigt auf und bricht aus, wodurch Vulkane entstehen. Diese küstennahen Vulkanberge befinden sich in einer Linie über der subduzierenden Platte (Abbildung 7). Die Vulkane werden als Kontinentalbogen bezeichnet.

Die Bewegung von Kruste und Magma verursacht Erdbeben. Sehen Sie sich diese Karte mit den Epizentren von Erdbeben an Subduktionszonen an. Diese Animation zeigt den Zusammenhang zwischen der Subduktion der Lithosphäre und der Entstehung eines Vulkanbogens.

Die Vulkane im Nordosten Kaliforniens – Lassen Peak, Mount Shasta und Medicine Lake – sowie der Rest der Cascade Mountains im pazifischen Nordwesten sind das Ergebnis der Subduktion der Juan de Fuca-Platte unter die nordamerikanische Platte (Abbildung 8). Die Juan-de-Fuca-Platte entsteht durch die Ausbreitung des Meeresbodens vor der Küste am Juan-de-Fuca-Rücken.

Wenn das Magma in einem Kontinentalbogen felsisch ist, kann es zu zähflüssig (dick) sein, um durch die Kruste aufzusteigen. Das Magma wird langsam abkühlen und Granit oder Granodiorit bilden. Diese großen Körper aus intrusivem Eruptivgestein werden als Batholithen bezeichnet, die eines Tages angehoben werden und ein Gebirge bilden können (Abbildung 9).

Ozean-Ozean

Wenn zwei ozeanische Platten aufeinandertreffen, sinkt die ältere, dichtere Platte in den Erdmantel ein. Ein Ozeangraben markiert die Stelle, an der die Platte in den Erdmantel geschoben wird. Die Reihe von Vulkanen, die auf der oberen ozeanischen Platte entsteht, ist ein Inselbogen. Glauben Sie, dass es in diesen Regionen häufig Erdbeben gibt (Abbildung 10)?

Sehen Sie sich diese Animation einer Ozean-Kontinent-Plattengrenze an.

Kontinent-Kontinent

Kontinentale Platten haben zu viel Auftrieb, um sich abzusenken. Was passiert mit dem kontinentalen Material, wenn es zusammenstößt? Da es nirgendwo anders hin kann als nach oben, entstehen einige der größten Gebirgszüge der Welt (Abbildung 11). Magma kann diese dicke Kruste nicht durchdringen, daher gibt es keine Vulkane, obwohl das Magma in der Kruste bleibt. Metamorphe Gesteine sind aufgrund der Belastung, der die kontinentale Kruste ausgesetzt ist, weit verbreitet. Da riesige Krustenplatten aufeinanderprallen, kommt es bei Kontinent-Kontinent-Kollisionen zu zahlreichen und großen Erdbeben.

Sehen Sie sich diese kurze Animation des Zusammenstoßes der Indischen Platte mit der Eurasischen Platte an.

Sehen Sie sich diese Animation an, wie sich der Himalaya erhebt.

Die Appalachen sind die Überreste einer großen Gebirgskette, die entstand, als Nordamerika vor etwa 250 Millionen Jahren auf Eurasien stieß.

Transformationsplattengrenzen

Transformationsplattengrenzen werden als Transformverwerfungen bezeichnet, bei denen sich zwei Platten in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbeischieben. Transformverwerfungen auf Kontinenten führen zu massiven Erdbeben (Abbildung 12).

Kalifornien ist geologisch sehr aktiv. Welches sind die drei großen Plattengrenzen in oder in der Nähe von Kalifornien (Abbildung 13)?

1. Eine Transformplattengrenze zwischen der pazifischen und der nordamerikanischen Platte bildet die San-Andreas-Verwerfung, die berüchtigtste Transformverwerfung der Welt.
2. Kurz vor der Küste bildet eine divergente Plattengrenze, der Juan-de-Fuca-Rücken, die Juan-de-Fuca-Platte.
3. Eine konvergente Plattengrenze zwischen der ozeanischen Juan-de-Fuca-Platte und der nordamerikanischen Kontinentalplatte lässt die Kaskadenvulkane entstehen.

Ein kurzer Überblick über die drei Arten von Plattengrenzen und die Strukturen, die dort zu finden sind, ist das Thema dieses wortlosen Videos.

Die sich verändernde Oberfläche der Erde

Geologen wissen, dass Wegener Recht hatte, weil die Bewegungen der Kontinente so viel über die Geologie erklären, die wir sehen. Der größte Teil der geologischen Aktivität, die wir heute auf dem Planeten sehen, ist auf die Wechselwirkungen der sich bewegenden Platten zurückzuführen.

Wo befinden sich die Gebirgszüge auf der Karte von Nordamerika (Abbildung 14)? Versuchen Sie, die folgenden Fragen zu beantworten, indem Sie das, was Sie über Plattentektonik gelernt haben, anwenden:

1. Was ist der geologische Ursprung der Kaskaden? Die Cascades sind eine Kette von Vulkanen im pazifischen Nordwesten. Sie sind auf dem Diagramm nicht eingezeichnet, liegen aber zwischen der Sierra Nevada und der Coastal Range.
2. Welchen geologischen Ursprung hat die Sierra Nevada? (Tipp: Diese Berge bestehen aus granitischen Intrusionen.)
3. Was ist der geologische Ursprung der Appalachen im Osten der USA?

Erinnern Sie sich daran, dass Wegener die Ähnlichkeit der Berge auf der West- und Ostseite des Atlantiks als Beweis für seine Hypothese der Kontinentalverschiebung verwendete. Die Appalachen bildeten sich an einer konvergenten Plattengrenze, als Pangäa zusammenkam (Abbildung 15).

Bevor Pangäa zusammenkam, waren die Kontinente durch einen Ozean an der Stelle des heutigen Atlantiks getrennt. Der proto-atlantische Ozean schrumpfte, während der pazifische Ozean wuchs. Gegenwärtig schrumpft der Pazifik, während der Atlantik wächst. Dieser Zyklus der Superkontinente ist für die meisten geologischen Merkmale verantwortlich, die wir sehen, und für viele weitere, die längst verschwunden sind (Abbildung 16).

Diese Animation zeigt die Bewegung der Kontinente in den letzten 600 Millionen Jahren, beginnend mit dem Auseinanderbrechen von Rodinia.

Zusammenfassung

• Platten der Lithosphäre bewegen sich aufgrund von Konvektionsströmen im Erdmantel. Eine Art der Bewegung wird durch die Spreizung des Meeresbodens erzeugt.
• Plattengrenzen können durch die Umrisse der Epizentren von Erdbeben lokalisiert werden.
• Platten interagieren an drei Arten von Plattengrenzen: divergent, konvergent und transformiert.
• Die meisten geologischen Aktivitäten der Erde finden an Plattengrenzen statt.
• An einer divergenten Grenze entstehen durch vulkanische Aktivität ein Mittelozeanischer Rücken und kleine Erdbeben.
• An einer konvergenten Grenze mit mindestens einer ozeanischen Platte entstehen ein Ozeangraben, eine Kette von Vulkanen und viele Erdbeben.
• An einer konvergenten Grenze, an der beide Platten kontinental sind, wachsen Gebirgszüge und es kommt häufig zu Erdbeben.
• An einer Transformationsgrenze gibt es eine Transformationsverwerfung und es treten massive Erdbeben auf, aber es gibt keine Vulkane.
• Prozesse, die über lange Zeiträume wirken, schaffen die geographischen Merkmale der Erde.

Entwicklung der Theorie

Im Einklang mit anderen früheren und gleichzeitigen Vorschlägen beschrieb der Meteorologe Alfred Wegener 1912 ausführlich das, was er Kontinentaldrift nannte, und erweiterte es in seinem 1915 erschienenen Buch Die Entstehung der Kontinente und Ozeane, womit die wissenschaftliche Debatte begann, die fünfzig Jahre später in der Theorie der Plattentektonik enden sollte. Ausgehend von der (auch von seinen Vorgängern geäußerten) Idee, dass die heutigen Kontinente einst eine einzige Landmasse bildeten (die später Pangea genannt wurde), die auseinander driftete, wodurch sich die Kontinente aus dem Erdmantel lösten, wurden sie mit „Eisbergen“ aus Granit geringer Dichte verglichen, die auf einem Meer aus dichterem Basalt schwammen.

Die taubenförmigen Umrisse der Ostküste Südamerikas und der Westküste Afrikas sowie die übereinstimmenden Gesteinsformationen an diesen Rändern sind ein weiterer Beleg für diese Idee. Auch die fossilen Pflanzen Glossopteris und Gangamopteris sowie das therapsiden- oder säugetierähnliche Reptil Lystrosaurus, die alle weit über Südamerika, Afrika, die Antarktis, Indien und Australien verteilt sind, bestätigten ihre frühere Zusammengehörigkeit. Die Beweise für eine solche einstige Verbindung dieser Kontinente waren für Feldgeologen, die auf der südlichen Hemisphäre arbeiteten, offensichtlich. Der Südafrikaner Alex du Toit stellte in seiner 1937 erschienenen Publikation Our Wandering Continents eine Fülle solcher Informationen zusammen und ging in der Erkenntnis der engen Verbindungen zwischen den Gondwana-Fragmenten weiter als Wegener.

Aber ohne detaillierte Beweise und ohne eine Kraft, die ausreicht, um die Bewegung anzutreiben, wurde die Theorie nicht allgemein akzeptiert: Die Erde könnte eine feste Kruste und einen festen Mantel und einen flüssigen Kern haben, aber es schien keine Möglichkeit zu geben, dass sich Teile der Kruste bewegen könnten. Renommierte Wissenschaftler wie Harold Jeffreys und Charles Schuchert waren ausgesprochene Kritiker der Kontinentaldrift.

Trotz vieler Widerstände gewann die Ansicht der Kontinentaldrift an Unterstützung, und es begann eine lebhafte Debatte zwischen „Drifters“ oder „Mobilisten“ (Befürworter der Theorie) und „Fixisten“ (Gegner). In den 1920er, 1930er und 1940er Jahren erreichten die Ersteren wichtige Meilensteine, indem sie vorschlugen, dass Konvektionsströme die Plattenbewegungen angetrieben haben könnten und dass die Ausbreitung unter dem Meer innerhalb der ozeanischen Kruste stattgefunden haben könnte. Geophysiker und Geologen (sowohl Fixisten als auch Mobilisten) wie Vening-Meinesz, Holmes und Umbgrove schlugen Konzepte vor, die den heute in die Plattentektonik eingeflossenen Elementen nahe kamen.

Einer der ersten geophysikalischen Beweise, der zur Unterstützung der Bewegung lithosphärischer Platten verwendet wurde, stammte aus dem Paläomagnetismus. Dieser beruht auf der Tatsache, dass Gesteine unterschiedlichen Alters eine variable Magnetfeldrichtung aufweisen, was durch Studien seit Mitte des neunzehnten Jahrhunderts bewiesen wurde. Die magnetischen Nord- und Südpole kehren sich im Laufe der Zeit um, und, was für paläotektonische Studien besonders wichtig ist, die relative Position des magnetischen Nordpols ändert sich im Laufe der Zeit. Jahrhunderts wurde das letztgenannte Phänomen durch die Einführung der so genannten „Polarwanderung“ (siehe scheinbare Polarwanderung) erklärt, d. h. es wurde angenommen, dass sich die Lage des Nordpols im Laufe der Zeit verschoben hat. Eine alternative Erklärung war jedoch, dass sich die Kontinente relativ zum Nordpol bewegt (verschoben und gedreht) haben und jeder Kontinent in der Tat seinen eigenen „Polarwanderungsweg“ aufweist. In den späten 1950er Jahren wurde bei zwei Gelegenheiten erfolgreich gezeigt, dass diese Daten die Gültigkeit der Kontinentalverschiebung belegen könnten: von Keith Runcorn in einem Papier im Jahr 1956 und von Warren Carey auf einem Symposium im März 1956.

Der zweite Beweis für die Kontinentalverschiebung kam in den späten 50er und frühen 60er Jahren durch Daten über die Bathymetrie der tiefen Ozeanböden und die Beschaffenheit der ozeanischen Kruste, wie z.B. magnetische Eigenschaften, und allgemeiner durch die Entwicklung der Meeresgeologie, die Beweise für den Zusammenhang zwischen der Ausbreitung des Meeresbodens entlang der mittelozeanischen Rücken und Magnetfeldumkehrungen lieferte, veröffentlicht zwischen 1959 und 1963 von Heezen, Dietz, Hess, Mason, Vine & Matthews und Morley.

Gleichzeitige Fortschritte bei den frühen seismischen Abbildungsmethoden in und um die Wadati-Benioff-Zonen entlang der Gräben, die viele Kontinentalränder begrenzen, zeigten zusammen mit vielen anderen geophysikalischen (z.B. gravimetrischen) und geologischen Beobachtungen, wie die ozeanische Kruste im Erdmantel verschwinden konnte, was den Mechanismus lieferte, die Ausdehnung der Ozeanbecken mit der Verkürzung entlang ihrer Ränder auszugleichen.

Alle diese Beweise, sowohl vom Ozeanboden als auch von den Kontinentalrändern, machten um 1965 klar, dass die Kontinentalverschiebung möglich war, und die Theorie der Plattentektonik, die in einer Reihe von Veröffentlichungen zwischen 1965 und 1967 definiert wurde, war geboren, mit all ihrer außerordentlichen Erklärungs- und Vorhersagekraft. Die Theorie revolutionierte die Geowissenschaften, indem sie ein breites Spektrum geologischer Phänomene und deren Auswirkungen auf andere Studien wie Paläogeographie und Paläobiologie erklärte.

Kontinentalverschiebung

Im späten neunzehnten und frühen zwanzigsten Jahrhundert gingen Geologen davon aus, dass die wichtigsten Merkmale der Erde feststehen und dass die meisten geologischen Merkmale wie die Entwicklung von Becken und Gebirgszügen durch vertikale Krustenbewegungen erklärt werden können, die in der so genannten geosynklinalen Theorie beschrieben werden. Im Allgemeinen wurde dies in den Kontext eines sich zusammenziehenden Planeten Erde aufgrund von Wärmeverlusten im Laufe einer relativ kurzen geologischen Zeit gestellt.

Bereits 1596 wurde beobachtet, dass die gegenüberliegenden Küsten des Atlantischen Ozeans – genauer gesagt die Ränder der Kontinentalschelfe – ähnliche Formen aufweisen und einst aneinander gepasst zu haben scheinen.

Seit dieser Zeit wurden viele Theorien vorgeschlagen, um diese scheinbare Komplementarität zu erklären, aber die Annahme einer festen Erde machte es schwierig, diese verschiedenen Vorschläge zu akzeptieren. was eine echte Revolution im Denken auslösen würde. Eine tiefgreifende Folge der Ausbreitung des Meeresbodens ist, dass entlang der ozeanischen Rücken ständig neue Kruste gebildet wurde und wird. Deshalb vertrat Heezen die so genannte „expandierende Erde“-Hypothese von S. Warren Carey (siehe oben). Es blieb also die Frage: Wie kann sich entlang der ozeanischen Rücken ständig neue Kruste bilden, ohne dass die Erde größer wird? In Wirklichkeit war diese Frage bereits von zahlreichen Wissenschaftlern in den vierziger und fünfziger Jahren gelöst worden, wie Arthur Holmes, Vening-Meinesz, Coates und vielen anderen: Die überschüssige Kruste verschwand entlang der so genannten ozeanischen Gräben, wo die so genannte „Subduktion“ stattfand. Als verschiedene Wissenschaftler in den frühen sechziger Jahren begannen, die ihnen zur Verfügung stehenden Daten über den Ozeanboden auszuwerten, fügten sich die Teile der Theorie schnell zusammen.

Die Frage faszinierte besonders Harry Hammond Hess, einen Geologen der Princeton University und Konteradmiral der Marinereserve, und Robert S. Dietz, einen Wissenschaftler des U.S. Coast and Geodetic Survey, der als erster den Begriff „seafloor spreading“ prägte. Dietz und Hess (ersterer veröffentlichte dieselbe Idee ein Jahr zuvor in Nature, aber Hess hatte bereits 1960 ein unveröffentlichtes Manuskript seines Artikels von 1962 verbreitet) gehörten zu den wenigen, die wirklich verstanden, was die Ausbreitung des Meeresbodens bedeutete und wie sie schließlich mit den damals unkonventionellen und nicht akzeptierten Ideen der Kontinentalverschiebung und den eleganten und mobilistischen Modellen, die von früheren Arbeitern wie Holmes vorgeschlagen wurden, übereinstimmen würde.

Im selben Jahr beschrieb Robert R. Coats vom U.S. Geological Survey die Hauptmerkmale der Inselbogensubduktion auf den Aleuten. Seine Arbeit, die damals kaum beachtet (und sogar belächelt) wurde, gilt seitdem als „bahnbrechend“ und „vorausschauend“. In Wirklichkeit zeigt sie, dass die Arbeiten der europäischen Wissenschaftler über Inselbögen und Gebirgsgürtel, die in den 1930er bis 1950er Jahren durchgeführt und veröffentlicht wurden, auch in den Vereinigten Staaten angewandt und gewürdigt wurden.

Wenn sich die Erdkruste entlang der ozeanischen Rücken ausdehnt, so argumentierten Hess und Dietz wie Holmes und andere vor ihnen, muss sie sich anderswo zusammenziehen. Hess folgte Heezen und schlug vor, dass sich neue ozeanische Kruste in einer förderbandartigen Bewegung kontinuierlich von den Rücken weg ausbreitet. Und unter Verwendung der zuvor entwickelten mobilistischen Konzepte kam er zu dem richtigen Schluss, dass die ozeanische Kruste viele Millionen Jahre später schließlich entlang der Kontinentalränder absinkt, wo sich ozeanische Gräben – sehr tiefe, schmale Canyons – bilden, z. B. entlang des Randes des Pazifikbeckens. Der wichtige Schritt, den Hess machte, war, dass Konvektionsströme die treibende Kraft in diesem Prozess sein würden, und er kam zu den gleichen Schlussfolgerungen wie Holmes Jahrzehnte zuvor, mit dem einzigen Unterschied, dass die Ausdünnung der ozeanischen Kruste mit Hilfe des Heezen’schen Mechanismus der Ausbreitung entlang der Bergrücken durchgeführt wurde. Hess kam daher zu dem Schluss, dass der Atlantische Ozean expandiert, während der Pazifische Ozean schrumpft. Da die alte ozeanische Kruste in den Gräben „verbraucht“ wird (wie Holmes und andere war er der Ansicht, dass dies durch eine Verdickung der kontinentalen Lithosphäre geschieht und nicht, wie heute angenommen wird, durch ein Unterschieben der ozeanischen Kruste selbst in den Erdmantel), steigt neues Magma auf und bricht entlang der Spreizungsrücken aus, um neue Kruste zu bilden. In der Tat werden die Ozeanbecken ständig „recycelt“, wobei gleichzeitig neue Kruste gebildet und alte ozeanische Lithosphäre zerstört wird. So erklärten die neuen mobilistischen Konzepte, warum die Erde durch die Ausbreitung des Meeresbodens nicht größer wird, warum es so wenig Sedimentansammlungen auf dem Meeresboden gibt und warum ozeanische Gesteine viel jünger sind als kontinentale Gesteine.

Magnetische Streifenbildung

Anfang der 1950er Jahre begannen Wissenschaftler wie Victor Vacquier mit magnetischen Instrumenten (Magnetometern), die von luftgestützten Geräten übernommen wurden, die während des Zweiten Weltkriegs entwickelt wurden, um U-Boote aufzuspüren, merkwürdige magnetische Schwankungen am Meeresboden zu erkennen. Dieser Befund war zwar unerwartet, aber nicht völlig überraschend, denn es war bekannt, dass Basalt – das eisenhaltige vulkanische Gestein, aus dem der Meeresboden besteht – ein stark magnetisches Mineral (Magnetit) enthält und die Kompassanzeige lokal verfälschen kann. Diese Verzerrung wurde von isländischen Seefahrern bereits im späten achtzehnten Jahrhundert erkannt. Da das Vorhandensein von Magnetit dem Basalt messbare magnetische Eigenschaften verleiht, boten diese neu entdeckten magnetischen Schwankungen eine weitere Möglichkeit zur Untersuchung des tiefen Meeresbodens. Wenn neu gebildetes Gestein abkühlt, zeichnen solche magnetischen Materialien das Erdmagnetfeld zu dieser Zeit auf.

Als in den 1950er Jahren immer mehr Bereiche des Meeresbodens kartiert wurden, stellte sich heraus, dass die magnetischen Schwankungen keine zufälligen oder isolierten Vorkommnisse waren, sondern erkennbare Muster zeigten. Bei der Kartierung dieser magnetischen Muster über eine große Region hinweg zeigte der Meeresboden ein zebraähnliches Muster: ein Streifen mit normaler Polarität und der daneben liegende Streifen mit umgekehrter Polarität. Das Gesamtmuster, das durch diese abwechselnden Bänder aus normal und umgekehrt polarisiertem Gestein definiert ist, wurde als magnetisches Striping bekannt und wurde 1961 von Ron G. Mason und Mitarbeitern veröffentlicht, die jedoch keine Erklärung für diese Daten im Hinblick auf die Ausbreitung des Meeresbodens fanden, wie Vine, Matthews und Morley einige Jahre später.

Die Entdeckung des magnetischen Striping rief nach einer Erklärung. In den frühen 1960er Jahren hatten Wissenschaftler wie Heezen, Hess und Dietz damit begonnen, die Theorie aufzustellen, dass mittelozeanische Rücken strukturell schwache Zonen markieren, in denen der Meeresboden der Länge nach entlang des Rückenkamms in zwei Hälften gerissen wird (siehe vorheriger Absatz). Neues Magma aus dem Erdinneren steigt leicht durch diese Schwächezonen auf und bricht schließlich entlang des Kammes der Rücken aus, um neue ozeanische Kruste zu bilden. Dieser Prozess, der zunächst als „Fließbandhypothese“ bezeichnet wurde und später als Meeresbodenspreizung bezeichnet wurde, läuft über viele Millionen Jahre und bildet weiterhin neuen Meeresboden auf dem gesamten 50.000 km langen System der mittelozeanischen Rücken.

Nur vier Jahre nach der Veröffentlichung der Karten mit dem „Zebramuster“ der magnetischen Streifen wurde die Verbindung zwischen der Ausbreitung des Meeresbodens und diesen Mustern unabhängig voneinander von Lawrence Morley und von Fred Vine und Drummond Matthews im Jahr 1963 korrekt hergestellt, was heute als Vine-Matthews-Morley-Hypothese bezeichnet wird. Diese Hypothese brachte diese Muster mit geomagnetischen Umkehrungen in Verbindung und wurde durch mehrere Beweislinien gestützt:

1. die Streifen sind symmetrisch um die Kämme der mittelozeanischen Rücken; am oder in der Nähe des Rückenkamms sind die Gesteine sehr jung, und sie werden zunehmend älter, wenn sie sich vom Rückenkamm entfernen;
2. die jüngsten Gesteine am Rückenkamm haben immer die heutige (normale) Polarität;
3. Gesteinsstreifen, die parallel zum Rückenkamm verlaufen, wechseln die magnetische Polarität (normal-umgekehrt-normal usw.), was darauf hindeutet, dass sie entstanden sind.), was darauf hindeutet, dass sie während verschiedener Epochen entstanden sind, die die (bereits aus unabhängigen Studien bekannten) Normal- und Umkehrepisoden des Erdmagnetfeldes dokumentieren.

Durch die Erklärung sowohl der zebraartigen magnetischen Streifen als auch des Aufbaus des mittelozeanischen Rückensystems gewann die Hypothese der Ausbreitung des Meeresbodens (SFS) schnell Anhänger und stellte einen weiteren wichtigen Fortschritt in der Entwicklung der Theorie der Plattentektonik dar. Außerdem wurde die ozeanische Kruste nun als natürliches „Tonband“ für die Geschichte der geomagnetischen Feldumkehr (GMFR) des Erdmagnetfeldes geschätzt. Heute widmen sich umfangreiche Studien der Kalibrierung der Normalumkehrmuster in der ozeanischen Kruste einerseits und bekannten Zeitskalen, die aus der Datierung von Basaltschichten in Sedimentabfolgen (Magnetostratigraphie) abgeleitet werden, andererseits, um zu Schätzungen vergangener Spreizungsraten und Plattenrekonstruktionen zu gelangen.

Definition und Verfeinerung der Theorie

Nach all diesen Überlegungen setzte sich die Plattentektonik (oder, wie sie anfangs genannt wurde, die „Neue Globale Tektonik“) in der wissenschaftlichen Welt schnell durch, und es folgten zahlreiche Veröffentlichungen, in denen die Konzepte definiert wurden:

• 1965 fügte Tuzo Wilson, der von Anfang an die Hypothese der Meeresbodenausbreitung und der Kontinentalverschiebung vertrat, dem Modell das Konzept der Transformstörungen hinzu und vervollständigte damit die Klassen von Verwerfungen, die notwendig sind, um die Mobilität der Platten auf dem Globus zu erklären.
• 1965 fand bei der Royal Society of London ein Symposium über die Kontinentalverschiebung statt, das als offizieller Beginn der Akzeptanz der Plattentektonik durch die wissenschaftliche Gemeinschaft angesehen werden muss und dessen Zusammenfassungen als Blacket, Bullard & Runcorn (1965) veröffentlicht sind. Auf diesem Symposium zeigten Edward Bullard und Mitarbeiter mit einer Computerberechnung, wie die Kontinente auf beiden Seiten des Atlantiks am besten passen würden, um den Ozean zu schließen, was als der berühmte „Bullard’s Fit“ bekannt wurde.
• Im Jahr 1966 veröffentlichte Wilson die Arbeit, die sich auf frühere plattentektonische Rekonstruktionen bezog, und führte das Konzept dessen ein, was heute als „Wilson-Zyklus“ bekannt ist.
• Im Jahr 1967 schlug W. Jason Morgan auf der Tagung der American Geophysical Union vor, dass die Erdoberfläche aus 12 starren Platten besteht, die sich relativ zueinander bewegen.
• Zwei Monate später veröffentlichte Xavier Le Pichon ein vollständiges Modell, das auf sechs Hauptplatten und ihren relativen Bewegungen basierte, was die endgültige Anerkennung der Plattentektonik durch die wissenschaftliche Gemeinschaft bedeutete.
• Im selben Jahr stellten McKenzie und Parker unabhängig voneinander ein Modell vor, das dem von Morgan ähnelte und bei dem Übersetzungen und Rotationen auf einer Kugel verwendet wurden, um die Plattenbewegungen zu definieren.

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