Strahler & Strahler, Hoofdstuk 11:
De Lithosfeer en de platentektoniek,
blz 273-303
Platentektoniek:
De theorie die de bewegingen en de veranderingen van de
continenten door de tijd beschrijft, alsmede de processen die deze vormen en
afbreken.
De krachten die aan de basis liggen van de platentektoniek
worden aangedreven door energiebronnen in het binnenste van de aarde. Deze
krachten zijn onafhankelijk van oppervlakteprocessen. Andersom zijn
oppervlakteprocessen afhankelijk van de platentektoniek.
De
structuur van de aarde
De kern: Straal: ±3500 km
Temperatuur:
2800ºC-3100ºC
Samenstelling:
vooral ijzer, ook nikkel
Fase:
binnenste vast, buitenste vloeibaar
De mantel: Dikte: ±2900 km
Temperatuur:
(van mantel naar korst) 2800ºC-1800ºC
Samenstelling: ultramafisch,
stollingsgesteenten, olivijn, periodiet
Fase: vast
De korst: Dikte: ±8-40 km
Samenstelling: vooral
stollingsgesteenten, maar ook metamorfe gesteenten en een relatief dunne laag
afzettingsgesteente.
Continentale
korst:
onderkant mafisch (hoge dichtheid)
bovenkant felsisch (lage dichtheid) graniet
veel metamorfe gesteenten
geen strikte scheiding: continuum
±35 km dik
Oceanische
korst:
Bijna geheel mafisch (onderkant: gabbro, onderkant: basalt)
±7 km dik
De
lithosfeer
De
lithosfeer: omvat de korst en de koelere buitenlaag van de mantel. Is
gebarsten en bestaat uit lithosferische
platen die onafhankelijk van elkaar bewegen.
Dikte: 60-150 km.
De
asthenosfeer: is de taaie vloeibare laag tussen de vaste lithosfeer en de vaste
mantelgesteenten die dieper liggen.
Temperatuur: 1400ºC, niet compleet vloeibaar door druk van de bovenliggende lagen.
Diepte:
300 km
[TABEL 11.1, BLZ. 274]
Tijdperken:
1)
Precambriaan: ouder dan 570 miljoen jaar
2)
Paleozoïcum:
opgedeeld in tijdperken
3)
Mesozoïcum:
opgedeeld in tijdperken
4)
Cenozoïcum:
opgedeeld in epochs
De mens bestaat sinds het late Plioceen
29% van de aarde is land
71% van de aarde is oceaan
Er is ook (ondiepe) oceaan op continentale platen →
35% van de aarde is continentale plaat
65% van de aarde is oceanische plaat
[P278: Working it out 11.1: Radiometric Dating, niet
samengevat]
Reliëfkenmerken
van continenten
Continentale platen:
-actieve gordels van bergschepping
(“mountain-making”)
1) Vulkanisme
2) Tektonische
activiteit
3) Combinatie 1 en 2 (hoofdstuk 12)
-passieve regio’s van oude, statische gesteenten
Alpine ketens
Smalle zones
Locatie: langs continentale randen
Uiterlijke kenmerken: hoge, spitse bergen
Op wereldkaart: brede, gebogen lijnen. Elke sectie = “mountain arc”
De getekende secties zijn onderverdeeld in 2 berggordels:
1)
de “circumpacific”-gordel
2)
de Euraziatische-Indonesische
gordel
[FIGUUR 11.5, BLZ. 279]
“Continental shields”
Het grootste deel van de aarde bestaat niet uit
bergscheppende gebieden:
1) “continental
shields”:
laaggelegen continentale oppervlakken, met daaronder
stollingsgesteenten en metamorfe gesteenten in complexe patronen. [FIGUUR 11.6,
BLZ. 280]
Onderscheid: -“exposed
shields”: oude gesteenten aan de oppervlakte, oorsprong vooral precambriaan.
Uiterlijke kenmerken:
lage heuvels, lage plateaus, geërodeerd,
maar enkele uitzonderingen
-“covered shields”: bedekt door sediment, oorsprong vooral Paleozoïcum, Cenozoïcum. Vroeger vaak bedekt
door ondiepe zeeën.
2)
Oude gebergtebases:
Paleozoïsche en Mesozoïsche sedimentaire gesteenten,
vervormd en in veel gevallen veranderd in metamorfe gesteenten.
Uiterlijke kenmerken: lange, smalle bergkammen. Meestal
lager dan 1000 meter (hoofdstuk 16). Voorbeelden: Caledonisch gebergte
(Scandinavië en Schotland en beetje in Oost-Canada, New England), 400 miljoen
jaar oud; Appalachen, 250 miljoen jaar oud.
Reliëfkenmerken
van oceaanbekkens
Samenstelling: basalt (jong gesteente, meestal <60
miljoen jaar oud) + relatief dun laagje sediment.
Midoceanische bergrug
Onderzeese heuvels die langzaam stijgen tot een
geaccidenteerde centrale zone met in het midden een smalle askloof (“axial rift”),
een soort trog. De oceanische plaat wordt daar ‘uit elkaar getrokken’.
[FIGUUR 11.5, BLZ. 279]
De oceaanbodem
Diepte: ±5 km, grote vlakten (abyssale vlakten, bedekt met fijn sediment) en heuvelgordels. [FIGUUR
11.7, BLZ.281 en 282]
De continentale grenszones (“continental
margins”)
3e vormelement van een typische oceaanbodem:
contact continentale platen en oceanische platen.
[FIGUUR 11.9, BLZ.284]
Naarmate de continentale plaat wordt genaderd stijgt de oceanische
plaat: eerst geleidelijk (“continental
rise”), daarna snel (“continental
slope”). De top van deze helling (“continental
shelf”) is een langzaam stijgende vlakte met een een lengte van 120-160 km.
De diepte van het water is hier ±150 m aan de uiterste rand. Dit is een passieve continentale grenszone.
Langs deze grenszones hebben zich dikke lagen (continentaal)
sediment gevormd. Oorsprong: Laat Mesozoïsch – Cenozoïsch.
Op de “continental shelf” is de sedimentlaag wigvormig (bij
dwarsdoorsnee) met de punt richting continent. Aanvoer: rivieren, spreiding:
stromingen.
Onder de “continental rise” en de abyssale vlakte ligt
diepzeesediment, afgevoerd van de “continental slope”. Het gewicht hiervan
drukt de oceanische korst ineen in de grenszone.
Rivierdelta’s vormen onderzeese kloven in de “continental
shelf”. Waar de stromen uit de kloven komen zetten zij sediment af en vormen zo
diepzeekegels (“deep-sea cones”). [FIGUUR 11.10, BLZ.284]
De grote oceaan heeft ook actieve continentale grenszones, gekenmerkt door bergketens of
eilandketens met diepe oceanische troggen
uit de kust. Troggen kunnen tot 11 km diep zijn, maar zijn meestal 7-10 km
diep.
[FIGUUR 11.11, BLZ. 285]: Belangrijkste tektonische
processen.
Onder oceanische korst: oceanische
lithosfeer (±50 km dik)
Onder continentale korst: continentale lithosfeer (±150 km dik)
Platenbeweging en interactie
Spreidingszones:
uit elkaar drijven van platen, gat vult zich met magma (boven: basalt, onder:
gabbro)
Convergentiezones:
oceanische plaat ‘duikt’ (door hogere dichtheid en mindere dikte) onder een
continentale plaat: subductie. De
plaat ‘smelt’ in de asthenosfeer. De onderkant (hogere dichtheid) wordt weer
mantelgesteente; de dunne bovenkant wordt magma en neigt tot stijgen. Aan het aardoppervlak
manifesteert dit zich als vulkanisme.
Transformatiezones:
Waar platen langs elkaar schuiven ontstaat een transformatiebreuklijn (“transformfault”),
een verticale ‘scheur’ door de hele lithosfeer.
Accretion
(groei door aanvulling) en consumption (krimp
door smelting).
Accretion > consumption: expansie van de plaat
Accretion < consumption: krimp van de plaat
Accretion = consumption: gelijk blijvende grootte van de
plaat
[FIGUUR 11.13, BLZ.286]: alle 3 in schema
Het mondiale
systeem van lithosferische platen
Er zijn 6 grote platen: [TABEL 11.2, BLZ. 289 & FIGUUR
11.14, BLZ. 287-289]
1) De
grote Pacifische plaat:
Beslaat bijna de hele Grote oceaan en een ‘splinter’
continentale plaat (Califorië); bijna geheel oceanische lithosfeer; beweegrichting
NW → subductie aan noord- en westgrens, spreiding aan zuid- en oostkant;
Californië = transformatiezone.
2) De
grote Amerikaanse plaat:
Beslaat de continentale lithosfeer van beide Amerika’s en de
volledige oceanische lithosfeer van de Atlantische oceaan tot de midoceanische
bergrug; westen: subductie, oosten: spreiding.
3) De
Euraziatische plaat:
Vooral continentale lithosfeer + oceanische lithosfeer aan
west- en noordkust.
4) De
Afrikaanse plaat:
Centrale kern van continentale lithosfeer, bijna geheel
omgeven door oceanische lithosfeer.
5) De
Australisch-Indiase plaat:
Vooral oceanische lithosfeer met 2 continentale kernen:
Australië en India. Recent onderzoek: Misschien zijn Australië en India aparte
platen.
6) De
Antarcticaanse plaat:
Ellipsvormig, bijna compleet omgeven door spreidingszones.
Continentale kern, omgeven door oceanische lithosfeer.
Er zijn 9 kleinere platen:
1&2) Nazca en Cocosplaten van de oostelijke Grote
Oceaan: Spreidingszone in westen,
subductie in oosten
3) Filippijnse plaat: Subductie
aan oost- en westzijde
4&5) Caroline en Bismark: Oostelijk
van Filippijnen
6) Arabische plaat: 2 Transformatiezones,
drijfrichting: NO
7) Caribische plaat: Transformatiezones
8) Juan de Fuca: Zal
verdwijnen onder de Amerikaanse plaat.
9)
Scotia:
Zal verdwijnen door subductie onder Amerikaanse en Antarcticaanse
plaat.
Schematisch weergegeven in [FIGUUR 11.15, BLZ. 292]
[P290/291: Focus on systems 11.2: The Wilson cycle and
Supercontinents, niet samengevat.]
Convergentiezones: intense tektonische en vulkanische
activiteiten.
[FIGUUR 11.16, BLZ. 293]: Geologische processen bij
subductie
De trogas (“trench axis”) is de plek waar de
sedimenten van verschillende bronnen elkaar ontmoeten. Zee: klei en “ooze”
(Eng: modder, slib, slijk); Continent: zand en “mud” (Eng: slijk, modder, leem).
De sedimenten ‘glijden’ dieper en dieper in een wigvorm tot zij in een staat
van “accretionary prism” verkeren,
waarin metamorfose plaatsvindt. Dit brengt een expansie van de continentale
plaat teweeg- de metamorfe gesteenten worden een deel van de continentale
plaat. De “accretionary prism” heeft een lage dichtheid, dus buigt af naar
boven en vormt zo een tektonische kam
(“tectonic crest”). Soms vormt het
een eilandketen (“tectonic arc”).
Tussen de tektonische kam en het vasteland bevindt zich een “forearc trough” die sediment vasthoudt. De
bodem hiervan daalt langzaam door het gewicht. Soms is de zee erboven ondiep.
Door opwarming van de oceanische plaat ontstaat basaltische magma.
Bij stijging zorgt dit voor een chemische reactie in de continentale plaat die
andasiet magma opwekt: vulkanisme.
“Orogeny”
Hoge bergketens worden omhooggestuwd door:
1)
compressie bij convergerende platen
2)
extensie bij spreidingszones
Proces bij compressie:
[FIGUUR 11.17, BLZ. 295]
Alpine gebergten bestaan normaliter uit hevig gedeformeerde lagen
van mariene oorsprong. Compressie ‘buigt de lagen over zichzelf heen’ (Probeer
eens met textiel) in golfachtige plooien (“folds”). Later buigen ze weer in (“recumbing”).
Tegelijkertijd ontstaat er tussen de ondergrondse lagen een
breuklijn waardoor de bovenste lagen gesteente over de onderste heen kunnen
schuiven (“overthrust faults”). Individuele
lagen worden “overthrust sheets” genoemd;
in Europa: “nappes”.
De gedeformeerde rotsformaties heten “orogen”. Het gehele proces: “orogeny”.
De “thrust sheets” gleden/glijden naar beneden in de
richting van de beweging van de “sheet”. Dit proces heet “gravity gliding”. De (opwaartse) druk van het grondwater versoepelt
dit proces.
“Orogens” en botsingen
Continentale botsingen: er kan geen subductie plaatsvinden.
Gevolg: “orogeny”. Het proces heet in dit geval “telescoping”. De platen ‘vergroeien’ en er vindt uiteindelijk geen
tektonische activiteit meer plaats in de grenszones.
Hierbij worden 2 soorten “orogens” onderscheiden:
1)
“orogeny” door botsing van relatief klein,
maar hoog stukje continentale korst tegen een grote massa van continentale
lithosfeer.
2)
“orogeny” door botsing van 2 grote
massa’s van continentale lithosfeer.
Voor type 1:
-Vulkanische eilanden
-Microcontinenten (zoals Honshu, de Filippijnen en
Hispaniola)
…omgeven door oceanische
korst.
“arc”-continent botsing
[FIGUUR 11.18, BLZ. 297]
Hierbij is de impact van het vulkanische eiland de oorzaak
van de grote afstand die de “thrustsheet” aflegt op de continentale plaat.
Décollement is de naam van dit “thrust”vlak, omdat het op de grens ligt van de
nieuwe lagen en de oude kristallijne gesteenten eronder.
Gesteenten van het vulkanische eiland worden metamorfe
gesteenten.
Er ontstaat een nieuwe subductiezone aan de oostkant (op het
plaatje) van het voormalige eiland.
Magma stijgt op in het metamorfe gesteente. Dit heeft twee
gevolgen:
1)
Er ontstaat felsische magma: andasiet
en rioliet lava.
2)
Het verdikt de “orogen” waardoor de
verbinding met het continent sterker wordt.
[FIGUUR 11.19, BLZ.297]
Onderzoek van vaste gesteenten (“bedrock”) wijst uit dat
veel gesteenten in de kuststrook afkomstig zijn van vroegere minicontinenten. Zodra
de aanhechting had plaatsgevonden, werden de stukken land uiteengescheurd langs
breuklijnen. Vandaar het versnipperde karakter.
Cenozoïsch tijdperk. Langs een grote tektonische lijn aan de
zuidelijke grens van de Euraziatische plaat [FIGUUR 11.20, BLZ. 298].
1)
Het Europees segment: Afrika – Eurazië
2)
Het Perzisch segment: Arabische plaat –
Eurazië
3)
Himalayaans segment: India –Eurazië
[FIGUUR 11.21, BLZ. 299]: passieve zone en actieve zone.
Oceaan verdwijnt, proces van “telescoping”, de centrale “thrusts” worden
omhooggeduwd. De nieuwe gesteenten: continentale
hechting (“continental suturs”).
De Oeral is zo’n continentale hechting uit het Paleozoïcum.
Continentale
breuk en nieuwe oceaanbekkens
Atlantische grenszones: passieve continentale grenszones,
worden gevormd wanneer een continentale plaat scheurt.
[FIGUUR 11.22, BLZ. 299]: De korst wordt opgeheven en uit
elkaar gerekt wanneer de lithosferische plaat omhoog kromt. Dit geschiedt langs
breuklijnen. Een “rift valley” ontstaat.
Deze vult zich met magma, die tot nieuwe korst wordt. Een smalle oceaan vormt
zich. In de oceaan ontstaan ook transformatiebreuken,
in welk verlengde transformatie ‘littekens’
(“transform scars”) lopen [FIGUUR
11.11, BLZ. 285].
Wat is de aanjager van tektoniek? ‘Radioactief verval van
onstabiel isotopen in de korst en mantel.’ [P300: Focus on systems 11.3: the power
source for plate movements, niet samengevat]
Theorie van het suprecontinent:
1)
Alfred Wegener (1915) ontwierp ‘Pangea’
(ca. 300 miljoen jaar geleden)
2)
Vladimir Köppen kwam met het ‘bewijs’
van de spreiding van flora en fauna.
3)
Jaren ’60: seismologen tonen
continentale beweging aan. Wegeners theorie wordt aangenomen, maar op basis van
een ander mechanisme.
[FIGUUR 11.24. BLZ.302]: Stadia van spreiding en routes van
de continenten.
Pangea: Laurazië (Noord)
Gondwana (Zuid)
---------------------------------------------------------------------------
Engelse begrippen zijn zoveel mogelijk vertaald. Omdat ik
niet weet (a) of het de juiste (officiële) vertalingen zijn en (b) welke
begrippen in het tentamen gebruikt worden staan de Engelse begrippen tussen
aanhalingstekens (de dubbele komma’s).
November
2001
Michiel
Lippus 0023957