Plattentektonik

Aus Klimawandel
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1 Geschichte des Begriffs

Das Auseinanderbrechen des Superkontinents Pangäa von vor ca. 300 Mio Jahren bis heute.

Die Erkenntnis, dass sich die Kontinente der Erde ständig verschieben und neu formen ist noch gar nicht besonders alt. Erst Anfang des 20. Jahrhunderts stellte Alfred Wegener diese Behauptung auf, die zudem erst nach seinem Tod anerkannt wurde. Dabei konnte Wegener verschiedene unabhängige Indizien vorbringen, die alle für seine Theorie sprachen: So manchem Schüler mag selbst aufgefallen sein, dass die Kontinente verblüffend gut aneinanderpassen, wie die Bauteile eines großen Puzzles. Das zeigt sich wohl am deutlichsten an der Küstenform von Amerika und Afrika und lässt darauf schließen, dass der Atlantik durch ein Auseinanderdriften der beiden Kontinente entstand. Dieser Vorgang wurde daher allgemein auch als "Kontinentaldrift" bezeichnet. Weiterhin gibt es viele geologische Indizien, die dafür sprechen, dass diese Kontinente früher vereint waren: Nicht nur findet man sehr ähnliche Gesteinsformationen in verschiedenen Teilen der Welt, sondern auch bestimmte Pflanzen- und Tierarten scheinen an mehreren Orten zugleich vorgekommen zu sein. Da dies kein Zufall sein kann, müssen die entsprechenden Gebiete früher verbunden gewesen sein.

Früher wurde oft angenommen, dass weitere Kontinente existierten, z.B. eine Landmasse zwischen Afrika und Südamerika, die inzwischen versunken ist und früher als Landbrücke gedient haben könnte. Wegener wies jedoch zu Recht darauf hin, dass dies den physikalischen Gesetzen widerspricht (denn die Kontinente können nicht so einfach untergehen) und dass die ineinanderpassende Form der Kontinente dadurch nicht erklärt wird.

Ein weiteres Argument sind die klimatischen Bedingungen, die an verschiedenen Orten geherrscht haben. Aus großen Kohlevorkommen mittlerer und höherer Breiten kann man beispielsweise schließen, dass sich das entsprechende Gebiet früher in den Tropen befand, wo genug Pflanzen wachsen konnten, denn Kohle ist nichts anderes als totes und abgelagertes Pflanzenmaterial. Außerdem gibt es in anderen Erdteilen der heutigen Tropen Hinweise auf frühere Vereisungen. Bei einer Lage der heutigen Kontinente wäre das aber unmöglich. Schließlich kann der Äquator nicht vereist sein, während in höheren Breiten warmes und feuchtes Klima herrscht. Wegener folgerte daraus, dass die Kontinente an anderer Stelle lagen und einen einzigen Superkontinent bildeten. Den Südkontinent, auf dem die Vereisung herrschte, nannte er Gondwanaland. Aus dem Zusammenschluss mit dem nördlichen Kontinent Laurussia entstand vor etwa 300 Millionen Jahren der Superkontinent Pangäa.

Mittlerweile wurde der Begriff der Kontinentaldrift durch den der Plattentektonik abgelöst. Dies resultiert aus der Erkenntnis, dass es eigentlich nicht die Kontinente selbst sind, die sich gegeneinander verschieben, sondern dass sie nur passiv auf einem Teil der Erdkruste sitzen. Diese Teile selbst sind es, die auseinander - und zusammendriften, weil sie auf dem zäh-flüssigen Magma der Erde schwimmen; es finden also auch Driftprozesse des Ozeanbodens statt. Die Plattentektonik erklärt im Übrigen auch die Entstehung von Gräben und Gebirgen wie z.B. dem Himalaya, der ständig weiter wächst.

2 Auswirkungen auf das Klima

Die Verteilung von Land und Meer bestimmt entscheidend auch das gegenwärtige Klima auf der Erde. Sie prägt die Energietransporte auf der Erde, die atmosphärische und ozeanische Zirkulation, den Kreislauf von Wasser, CO2 und anderen Stoffen und nicht zuletzt die regionalen Klimaverhältnisse. Diese Verteilung hat im Laufe der Erdgeschichte wie oben erwähnt nicht immer so ausgesehen wie gegenwärtig. Der Grund sind plattentektonische Prozesse, d.h. langsame Verschiebungen von Teilen der Erdkruste durch die Bewegung des darunter liegenden Magmas, durch die neue Kontinente und Ozeane entstanden, Hochgebirge und Tiefseegräben - mit Folgen auch für das Klima der Erde.

Plattentektonische Prozesse laufen sehr langsam über viele Millionen Jahre ab. Sie kommen daher auch nur als Ursachen für sehr langfristige Klimaänderungen in Frage. Allerdings ist die Plattentektonik in der Regel mit Rückkopplungsprozessen verbunden, die auch etwas schnellere Klimaänderungen bewirken können. So können bestimmte Prozesse wie das Abtauchen einer Platte unter eine andere mit Serien von Vulkanausbrüchen verbunden sein, die den CO2-Gehalt der Atmosphäre ansteigen lassen. Bei Gebirgsbildungen wiederum kann die chemische Verwitterung so stark angeregt werden, dass der CO2-Gehalt stark abfallen kann. Bei der Verwitterung reagieren Calciumverbindungen mit der Kohlensäure des Regens, so dass Kohlenstoff, der sich ursprünglich als CO2 in der Atmosphäre befand, in Kalkverbindungen eingebaut wird. Somit ist aus dem Treibhausgas ein Gestein geworden, welches der Atmosphäre für lange Zeit entzogen bleibt. Nicht nur die Bewegung der Kontinente, sondern auch deren Lage spielt für das Klima eine Rolle: Liegt ein Kontinent wie z.B. heute die Antarktis nahe an einem Pol, so kann sich dort ein Eisschild ausbilden, der ein kälteres globales Klima bewirkt. Allerdings gilt dies nicht, wenn sich der Pol in der Mitte eines sehr großen Kontinents befindet. In diesem Fall ist das Inland nämlich so trocken, dass ein Eisschild nicht aufgebaut werden kann, denn dazu bedarf es ständiger Niederschläge. Der Kontinent bleibt daher trotz seiner Pollage relativ warm. Außerdem kann die Schließung oder Öffnung von Meeresarmen wiederum sowohl das ozeanische wie das atmosphärische Strömungssystem so verändern, dass der Transport von Wärme und Feuchtigkeit in völlig andere Richtungen gelenkt wird. Auch Albedo-Effekte, durch Ausbreitung oder Rückgang von Eis- oder Vegetationsflächen, spielt in diesem Zusammenhang eine Rolle.

3 Beispiele aus der Erdgeschichte

Die wahrscheinlich größte Vereisung der Erdgeschichte vor 580-750 Ma, die in die wissenschaftliche Diskussion unter dem Begriff "Schneeball Erde" eingegangen ist, ist vermutlich dadurch verursacht worden, dass der Superkontinent Rodinia zu dieser Zeit auseinander gebrochen ist.[1] Dadurch soll es aufgrund der neu entstandenen Küstenlage vieler Landstriche zu starken Niederschlägen gekommen sein, die ein Großteil des Kohlendioxids aus der Atmosphäre ausgewaschen haben sollen. Das von den Polen her wachsende Eis hat dann zu starken Eis-Albedo-Rückkopplungseffekten geführt, die eine um 6% niedrigere Sonnenstrahlung bewirken konnten. In Folge dessen überfror vermutlich die gesamte Erde mit einem Eispanzer. Da so sehr viel Sonnenlicht zurückreflektiert wird, stellt eine solche Eiserde einen stabilen Klimazustand dar, d.h. ein Auftauen ist bei gleichbleibenden äußeren Bedingungen gar nicht möglich. Als Ausweg kommen daher nur vulkanische Aktivitäten in Frage, die den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre bis etwa 500 Millionen Jahre vor heute wieder auf 10% erhöht und die globale Durchschnittstemperatur auf 50 °C hochgetrieben haben sollen. Eine solche Warmzeit bedeutet dabei wenig oder gar kein Eis auf der Erde und damit einen sehr hohen Meeresspiegel. Bei kleineren Kontinenten findet somit auch weniger Verwitterung statt, welche CO2 aus der Atmosphäre entfernen könnte. Auch ein solcher warmer Klimazustand wird also stabilisiert und kann nur durch andere Prozesse wieder aufgehoben werden.

Die Vereisung im Übergang vom Karbon zum Perm im Erdmittelalter vor etwa 300 Millionen Jahren wird ebenfalls auf plattentektonische Verhältnisse zurückgeführt. Der damalige Superkontinent Gondwana lag mit einem großen Teil am Südpol. Die relative tektonische Ruhe dämpfte den Vulkanismus, wodurch wenig CO2 freigesetzt wurde. Hinzu kam die Ausbreitung der Pflanzendecke, die Kohlendioxid aus der Atmosphäre für die Photosysthese verbrauchte.

Auch in der Erdneuzeit, die vor etwa 65 Millionen Jahren begann, gab es noch wichtige plattentektonische Prozesse, auch wenn die Verteilung von Land und Meer schon fast das heutige Aussehen hatte. Ein wichtiger Prozess war die Kollision Indiens mit Asien und die nachfolgende Aufwölbung des Himalayas und des tibetanischen Plateaus. Der damit verbundene Vulkanismus ist vermutlich für die anfängliche deutliche Erwärmung bis 50 Millionen Jahre v.h. verantwortlich. Er ließ den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre von etwa 1000 ppm[2] auf über 1500 ppm um 50 Millionen Jahre v.h. steigen. Ab etwa 36 Millionen Jahre v.h. bestimmten Verwitterungsprozesse in den neu gebildeten Hochgebirgen den Kohlendioxidgehalt und senkten ihn auf unter 500 ppm. Damit begann eine tendenzielle Abkühlung, die zunächst die Bildung des antarktischen Eisschildes einleitete, die noch durch die Öffnung des Meeres rund um die Antarktis begünstigt wurde. Möglicherweise war dann die Schließung der mittelamerikanischen Landbrücke ein wichtiger Faktor für die Vereisung der Nordhemisphäre und damit den Beginn des gegenwärtigen Eiszeitalters.

4 Einzelnachweise

  1. Hoffman, P.F., A.J. Kaufman, G.P. Halverson, and D.P. Schrag (1998): A Neoproterozoic Snowball Earth, Science 281, 1342-1346; Kerr, R.A. (2000): A Refuge for Life on Snowball Earth, Science 288, 1316; Hyde, W.T., T. J. Crowley, S.K. Baum, W.R. Peltier (2000): Neoproterozoic 'snowball Earth' simulations with a coupled climate/ice-sheet model, Nature 405, 425 - 429; Lubick, N. (2002): Palaeoclimatology: Snowball fights, Nature 417, 12 - 13
  2. ppm (Teile pro Million) ist das Verhältnis der Anzahl von Treibhausgasmolekülen zur Gesamtzahl der Moleküle in trockener Luft.

5 Weblinks

6 Lizenzhinweis

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