Plattentektonik

Einleitung

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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 Wasserkreislauf und nicht zuletzt die regionalen Klimaverhältnisse. Diese Verteilung hat im Laufe der Erdgeschichte bekanntlich 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. 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 Puzzels. 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. Vor der Arbeit Wegeners 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 schwimmen gewissermaßen auf der Erde und 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.

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. Die Schließung oder Öffnung von Meeresarmen kann 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.

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. 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 bei einer um 6% niedrigeren Sonnenstrahlung zu der Vergletscherung geführt habe. Anschließend sollen dann vulkanische Aktivitäten den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre wieder auf 10% erhöht und die globale Durchschnittstemperatur auf 50 °C hochgetrieben haben.

Auch die Vereisung im Übergang vom Karbon zum Perm im Erdmittelalter vor etwa 300 Millionen Jahren wird auf plattentektonische Verhältnisse zurückgeführt. Der damalige Superkontinent Gondwana lag mit einem großen Teil am Südpol. Die relative tektonische Ruhe dämpfte den Vulkanismus. 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 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.

Weblinks

• Superkontinent Wikipedia-Artikel über die Superkontinente der Erdgeschichte
• O. Bubenzer, U. Radtke (2007): Natürliche Klimaänderungen im Laufe der Erdgeschichte, aus: Wilfried Endlicher, Friedrich-Wilhelm Gerstengarbe: Der Klimawandel – Einblicke, Rückblicke und Ausblicke, 17-26
• Animation der Erdgeschichte vom Urwelt-Museum Hauff