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Eingangsbild: Subduktionsmelange, Osa-Halbinsel bei Drake, Costa Rica (© Martin Meschede 2013)
Feste Erde
5.1 Subduktion ozeanischer Lithosphäre
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Video: Subduktion ozeanischer Lithosphäre
Kapitel 5.1
Subduktion ozeanischer Lithosphäre
Abb. 5.1.1: Plattenmuster der Erde (aus Meschede, 2018)
Subduktionszonen sind über die ganze Erde verteilt. Sie sind allerdings nicht gleichmäßig verteilt. Sie sind besonders häufig um den Pazifischen Ozean herum zu finden und in den meisten Fällen durch Vulkane über der Subduktionszone gekennzeichnet. Davon leitet sich der Begriff „Pazifischer Feuerring“ ab, der auf die vulkanischen Aktivitäten hinweist. Hier zeigt sich sehr deutlich, dass die Subduktionszonen mit dem Vulkanismus eng verknüpft sind.
Abb. 5.1.2: Animation: Subduktion ozeanischer Lithosphäre mit Bildung eines Vulkanbogens über der Subduktionszone (Meschede unveröff. 2025).
In einem vereinfachten Schnitt durch eine Subduktionszone sieht man, wie die ozeanische Lithosphäre in den Erdmantel eintaucht und nach unten absinkt. In einer Tiefe von etwa 100 bis 120 km, also bereits im Bereich der Asthenosphäre unter dem Vulkanbogen kommt es zur Aufschmelzung. Hier werden die Magmen generiert, die nach oben steigen und in der Kruste Magmakammern füllen aus denen die Vulkane über der Subduktionszone gespeist werden. Über der Subduktionszone bildet sich auf der überfahrenden Platte ein Vulkanbogen, der mit der Zeit immer mächtiger wird. Die Plattengrenze befindet sich in der Tiefseerinne vor dem Vulkanbogen, sie setzt sich schräg nach unten in der Subduktionszone fort. Im rückwärtigen Teil des Vulkanbogens kommt es zu Dehnungen, die bis zur Entwicklung einer Backarc-Spreizungszone gehen können.
Abb. 5.1.3: Schnitt durch die Subduktionszone unter der Insel Java, Indonesien (verändert Frisch & Meschede, 2025)
Am Beispiel der Subduktionszone unter der Vulkaninsel Java soll gezeigt werden, was mit der abtauchenden ozeanischen Lithosphäre bei der Subduktion passiert. Hier ist vor allem ein Prozess von entscheidender Bedeutung, der für das Funktionieren der plattentektonischen Bewegungen verantwortlich ist.
Basaltische Gesteine (Basalt, Dolerit, Gabbro) aus der ozeanischen Kruste werden metamorph verändert, wenn sie in die Subduktionszone eintauchen. Sie geraten dort unter hohen Druck bei gleichzeitig relativ niedrigen Temperaturen. Die Hochdruckmetamorphose ist charakteristisch für den Subduktionsprozess und wird, weil sie ausschließlich in den Subduktionszonen vorkommt auch als Subduktionsmetamorphose bezeichnet.
Abb. 5.1.4: Druck-Temperatur-Diagramm für unterschiedliche Metamorphosearten (verändert nach Frisch & Meschede, 2025).
Basaltische Gesteine werden bei der Hochdruckmetamorphose zunächst in Glaukophanschiefer umgewandelt wie man esdem Druck-Temperatur-Diagramm in Abb. 5.1.4 entnehmen kann. Dort ist die Temperatur gegen den Druck bzw. gleichzusetzen damit die Tiefe aufgetragen. Die Glaukophanschiefer-Metamorphose beginnt, wenn die ozeanische Lithosphäre ungefähr 20 bis 30 km tief in die Subduktionszone eingetaucht ist. Bei weiterer Absenkung geraten die ursprünglich basaltischen Gesteine in den Metamorphosebereich der Eklogitfazies.
Abb. 5.1.5: Wechsellagerung von Blauschiefer (Glaukophanschiefer) und Grünschiefer. Das als Prasinit bezeichnete Gestein findet sich am Cap Corse im nördlichen, alpidisch geprägten Teil Korsikas (Foto: Meschede, 2013).
Glaukophanschiefer, die auch als Blauschiefer bezeichnet werden, weisen oft eine charakteristische Blaufärbung auf, die durch das Mineral Glaukophan, eine blaue Variante der Amphibol-Gruppe, verursacht wird.
Abb. 5.1.6: Eklogit der mittleren Kreide, As Sifah, Oman (Foto: Meschede, 2017)
Die Umwandlung der basaltischen Gesteine in Eklogit beginnt in Tiefen ab etwa 35 bis 40 km. Dabei kommt es erneut zu einer Umwandlung der Minerale und es entsteht ein Gestein, das im Wesentlichen aus Granat und Omphacit besteht. Omphacit ist ein grünlich gefärbter Pyroxen der zusammen mit dem rötlichen Granat den charakteristisch rot-grün gesprenkelten Eklogit bildet.
Die metamorphe Umwandlung der basaltischen Gesteine in Eklogit hat eine fundamentale Bedeutung für die Plattentektonik. Mit der Umwandlung geht eine erhebliche Dichtezunahme des Gesteins einher. Für basaltische Gesteine wird eine durchschnittliche Dichte von 3,0 g/cm³ angenommen. Sie steigt auf etwa 3,2 g/cm³ bei Glaukophanschiefer, und für Eklogit liegt die Dichte bei 3,4-3,6 g/cm³. Damit liegt die Dichte von Eklogit über der durchschnittlichen Dichte des lithosphärischen Mantels und der Asthenophäre, die bei ungefähr 3,3 g/cm³ liegen. Das bedeutet, dass die ozeanische Lithosphäre in der Subduktionszone schwerer wird und dadurch infolge der Gravitation immer stärker nach unten gezogen wird. Hierin wird heute der Hauptantrieb für die plattentektonischen Bewegungen auf der Erde gesehen.
Subduktion ozeanischer Lithosphäre
Metamorphose in Subduktionszonen
