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Eingangsbild: Lherzolith (Mantelgestein), Hokkaido, Japan, 2009
Feste Erde
3.2 Bildung der Lithosphäre
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Video: Bildung der Lithosphäre
Kapitel 3.2
Bildung der Lithosphäre
Abb. 3.2.1: Nicht-überhöhtes Profil durch den oberen Mantel und die Lithosphäre (Meschede, unveröff., 2021)
Die Bildung ozeanischer Kruste erfolgt an der immer wieder aufreißenden Spalte in einer Spreizungszone. Abb. 3.2.1 zeigt den oberen Mantel im Bereich der Spreizungszone ohne Überhöhung. Um die am Spreizungszentrum ablaufenden Prozesse ansehen zu können, ist eine Überhöhung des hier mit einem roten Rahmen markierten Bereiches nötig.
Abb. 3.2.2: Stark überhöhtes Profil durch die Lithosphäre und Asthenosphäre an einer Spreizungszone (Meschede, unveröff., 2021; verändert und ergänzt nach Frisch & Meschede, 2021)
Die Bildung ozeanischer Kruste spielt sich in den obersten Kilometern ab, wo die Kruste im Durchschnitt 5 bis 8 km dick ist. An dem sich öffnenden Spalt wird die ozeanische Kruste in ihrer endgültigen Dicke und Zusammensetzung aufgebaut. In Abb. 3.2.2 ist zu sehen, dass sich die Mächtigkeit der Kruste zu den Seiten hin nicht mehr ändert. Das ist gleichzeitig einer der wichtigsten Unterschiede zur Bildung des lithosphärischen Mantels.
Der lithosphärische Mantel ist stofflich gleich aufgebaut wie die Asthenosphäre, ihr Unterschied besteht lediglich in der Teilaufschmelzung der Asthenosphäre, wodurch diese fließfähig wird. In den beiden kleinen Abbildungen auf der rechten Seite (Abb. 3.2.2) ist dargestellt, wie man sich die Teilaufschmelzung vorstellen kann. Die Rechtecke zeigen stark herausvergrößerte Ausschnitte aus der Asthenosphäre an den Stellen, an denen die kleinen Rechtecke in der Asthenosphäre unter dem Spreizungszentrum zu sehen sind. Die Kantenlänge eines solchen Rechtecks würde ein paar Millimeter oder Zentimeter betragen. Die hellen Bereiche bestehen aus Gesteinsschmelze, die dunkleren Bereiche sind dagegen im kristallinen Zustand und fest.
Die Menge der Teilschmelze hängt von der Tiefe ab, in der sich die Asthenosphäre befindet. Der Druck nimmt nach oben hin ab, weil die Überlagerung geringer wird. Diese Druckabnahme spielt die entscheidende Rolle, denn sie trägt ganz maßgeblich dazu bei, dass der Schmelzanteil nach oben hin deutlich zunimmt. Man spricht dabei von einer Dekompressionsschmelze. Der Schmelzvorgang wird allein durch die Druckentlastung, die Dekompression, beim Aufstieg des Mantelmaterials hervorgerufen, zusätzliche Wärme oder andere Prozesse, die das Schmelzen begünstigen, werden dafür nicht benötigt. In manchen Fällen kann die Teilaufschmelzungsrate in seichter Tiefe im Bereich direkt unter der Spreizungszone auf über 25% steigen. Aus diesen Teilschmelzen werden schließlich die Magmakammern unter der Spreizungszone gespeist, aus denen dann die ozeanische Kruste entsteht.
Der lithosphärische Mantel entsteht unter der ozeanischen Kruste nicht aus der Magmakammer, aus der die ozeanische Kruste gebildet wird. Mit dem Wegdriften der ozeanischen Kruste vom Spreizungszentrum kühlt die ozeanische Kruste und auch die darunterliegende Asthenosphäre allmählich ab. Durch Abkühlung wird aber aus Asthenosphäre lithosphärischer Mantel, denn wenn die geschmolzenen Anteile auskristallisiert sind ist das Gestein fest und ist dann Teil des lithosphärischen Mantels. Als Folge diese Abkühlung verdickt sich der lithosphärische Mantel kontinuierlich nach unten hin, je weiter er vom Spreizungszentrum wegdriftet. Deswegen ist die Untergrenze der Lithosphäre auch nicht so scharf wie die Grenze zwischen Kruste und Mantel, wo es einen klaren Materialwechsel gibt. Der Abkühlungsprozess geht anfangs relativ schnell, wird aber dann langsamer und die Verdickung der Lithosphäre setzt sich über einen langen Zeitraum fort, man geht dabei von etwa 80 bis 100 Millionen Jahren unter ozeanischer Kruste aus. Danach ist keine nennenswerte Verdickung mehr festzustellen.
Abb. 3.2.3: Altersstruktur der Lithosphäre (Meschede, unveröff., 2021)
Die Altersstruktur der Lithosphäre (Abb. 3.2.3) zeigt den Unterschied zwischen ozeanischer Kruste, die vom Spreizungszentrum weg immer älter wird, während der lithosphärische Mantel nach unten hin und gleichzeitig zur Seite hin älter wird.
