Karin Högdahl

(1)

Plattektonik

Karin Högdahl

Plattektonik, Kapitel 3 och 4

(2)

8 stora plattor 12 små plattor

~100 km tjocka (i medeltal) Konstant i rörelse

Rör sig 2–18 cm/år (2-18 m på 100 år)

Plattgränser

Litosfären består av ~20 tektoniska plattor.

Plattorna rör på sig kontinuerligt med en hastighet av 1–15 cm/år.

Långsamt på en mänsklig tidsskala; extremt snabbt på den geologiska

Plattorna interagerar längs dess gränser.

Fig 4.4a

(3)

Plattektonik

En vetenskaplig revolution (paradigmskifte på 1960-talet) som förklarar orsaker till:

Vulkanism Jordskalv

Bergskedjebildning

Stora klimatförändringar

Bildning av naturresurser (t ex malm)

Den kontinentala jordskorpans tillväxt

Evolutionen (en av drivkrafterna)

(4)

Plattektonik

Utveckling av det kontinentaldriftkoncept som framfördes av Alfred Wegener 1912

Oceanbottenspridning påvisad på 1960-talet av Harry Hess, Fred Vine, Drummond Matthews m.fl.

Plattektoniken som teori allmänt accepterad i slutet av 1960-talet.

(5)

Superkontinenter

Pangaea (500-200 Ma) vid 200 Ma

Rodinia (1200-800 Ma) vid 800 Ma

Kaledoniderna bildas

Svekonorvegium bildas

(6)

Tidiga indicier av plattektonik

Alfred Wegener: 1912 ”kontinentaldrift”

Då, oceanbotten ansågs vara en slätt

Stort motstånd från vetenskapssamhället Ingen förklaring till drivkraften!!

Wegeners Pangaearekonstruktion från 1912

(7)

Tidiga indicier av plattektonik

- använda av Wegener -

(8)

Tidigare tolkningar

- avfärdade av Wegener -

(9)

Jordmagnetism

Magnetiska mineral lägger sig i, eller bildas magnetism i det rådande magnetfältet

Stelnande

lava

Rådande magnet- fältsriktning

(10)

Jordmagnetism

- polvandringskurvor -

(11)

Jordmagnetism

Om polen vandrar, fix kontinent

Fix pol, kontinenten vandrar Skenbar polvandringskurva

(12)

Jordmagnetism

Fix pol, kontinenten vandrar Polvandingskurvorna är

olika för Nordamerika, Afrika och Europa

-> polen är fix,

kontinenterna vandrar

(13)

Jordmagnetism

Havsbottnen kartlades efter 2:a världskriget

Oceanryggar och djuphavsgravar upptäcks

Spridningszoner föreslås av H. Hess

Kopplas till upprepade magnetiska

polomkastningar av F. Vine och

D.H. Matthews i början av 1960-

talet

(14)

Jordmagnetism

Magnetiska mineral lägger sig i magnetfältets riktning

Magnetism i magnetit vid T < 585°C (Curietemperaturen)

Magnetit finns i t ex lava, men även i vissa sediment

Polariteten skiftar med ojämna mellanrum

Normal polaritet (som nu)

Revers polaritet (magnetiskt norr i

söder)

(15)

Paleomagnetism

N

N R

R

(16)

Paleomagnetism

Vid tiden 3

Vid tiden 2

1 2

3

4 1

1 2 1 2

1 2

1 2 3 3

Vid tiden 4

Polomkastningar under spridningen

Avståndet/åldern

= spridningshastigheten

(17)

Skorpan – fast silikatbergart

Övre manteln – fast men plastiskt silikatbergart Undre manteln – fast silikatbergart

Yttre kärnan – flytande järn-nickel Inre kärnan – kristallin järn-nickel

Jorden i genomskärning

(18)

Skorpan 7-70 km

Jorden i genomskärning

Manteln Kärnan

Indelning genom sammansättning Skorpan – silikatbergarter

Manteln – Mg-rika silkatbergater Kärnan – Fe-Ni metall

Indelning genom fysikaliska egenskaper Skorpan

Översta manteln Övergångszonen Undre manteln

Yttre flytande kärna Inre fast kärna

(19)

Skorpan 7-70 km Litosfären

100 km

Astenosfären fast men plastisk

Övergångszonen mellan 410-660 km

Övre manteln :

- undre delen av litosfären - astenosfären

- övergångszonen

Jorden i genomskärning

Manteln Kärnan

(20)

Temperaturgradient genom jorden

På 1850-talet beräknade Lord Kelvin åldern på jorden

Han extrapolerade temperatur- gradienten från ytan (1°C/150 m = 6°C/km) till jordens mitt

Ø gav alldeles för låga temperaturer (~1000°C, istället för >5500°C)

Ø Jorden blev alldeles för ung (~ 100 miljoner år istället för 4 600*10³ år) c 30°/km

(21)

Skorpa (oceanisk och kontinental), 7-70 km

Skorpan och manteln separeras av Moho (Mohorovicics dis- kontinuitetsyta)

Skorpan består antingen av en kontinental "lätt" (d=2.8 g/cm

³

) skorpa eller en

oceanisk tung (d=3,2 g/cm

³

)

Litosfären består av:

Skorpan och yttre delen av övre styva delen av manteln

Moho

(22)

Kontinental Jordskorpan Oceanisk

35 km Tjocklek 5 km

2,8 g/cm³ Densitet 3 g/cm³

+840 möh Medelhöjd/djup -3800 m (under havet)

~ 8800 m Berg/ryggar ~ 5000 m (+3000 m)

Bildning

> 4 miljarder Äldsta del 180 miljoner år

Hög SiO₂ halt (c 70%) Sammansättning Låg SiO₂ halt (c 50%)

Jordskorpans karaktär

- kontinental vs oceanisk -

(23)

Plattektonik

Litosfären (skorpan och övre delen av övre manteln) är hård och spröd (rigid) Astenosfären är mjuk och lättdeformerad (plastisk)

Vid gränsen är temperaturen 1280°C

1280°C

(24)

Kontinental litosfär är 150-200 km 25-70 km utgör av skorpan

Kontinental skorpa består av felsiska och intermediära bergarter (K, Na, Si-rika bergarter, d 2,8 g/cm³)

Oceanisk litosfär är 7-100 km 7-10 km utgörs av skorpa

Oceanisk skorpa består av mafiska och ultramafiska bergarter (Mg, Fe-rika silikatbergarter, d ~3,2 g/cm³)

(25)

Plattgränser

Litosfären består av ~20 tektoniska plattor.

Plattorna rör på sig kontinuerligt med en hastighet av 1–15 cm/år.

Långsamt på en mänsklig tidsskala; extremt snabbt på den geologiska

Plattorna interagerar längs dess gränser.

Fig 4.4a

12 större och 8 mikroplattor

Består oftast av både oceanisk och kontinental litosfär

Kan bestå av enbart oceanisk litosfär (tex. Nazcaplattan, Juan de Fuca plattan)

Gränserna mellan plattorna utgörs av antingen spridningszoner, subduktionszoner eller transforma zoner

(26)

Kontinentalsockeln utgörs av kontinental skorpa som är översvämmad

Övergår i oceanisk skorpa vid sk. passiv plattkant

Oceanisk skorpa

(27)

Tre typer av litosfärsplattgränser

divergerande (produktion)

= spridningszon konvergerande

(konsumtion)

= subduktionszon

transform (konservativ)

(28)

Plattgränserna är seismiskt aktiva (jordbävningar)

Kraftigaste jordbävningarna sker vid subduktionszoner och transforma zoner

(29)

Jordskalv

- grunda, medeldjupa, djupa -

(30)

Djuphavsgravar och oceanryggar

Djuphavsgrav

Rygg

S Rygg

S

S S

Djuphavsgravar och oceanryggar markerar plattgränser

(31)

Divergerande Konvergerande Transform

Tre typer av litosfärsplattgränser

- plattorna kan bestå av både oceanisk och kontinental skorpa -

(32)

Spridningszoner

- divergerande plattkant, produktionszon -

Förekommer i de stora haven Ny oceanskorpa bildas

Sprider med mellan 2-18 cm/år Äldsta oceaniska skorpan är endast 180 Ma

Finns även på land (kontinental litosfär)

Kan då ge upphov till nya plattor och hav

Malmbildning vid sk svarta rökare

(33)

Från kontinent till hav

Magma bildas pga tryckminskning = smältpunkten sänks

Lyfts upp, brister och glider isär

Linjärt hav

Ocean

Östafrikanska riften

Röda havet

Atlanten

(34)

Mittoceaniska ryggar

Linjära höjder av oceaniska skorpa vid spridningszonen Tex. Mittatlantiska ryggen och East Pacific Rise

1500 km breda och 2 km höga Symmetrisk riftdal i mitten

Långsam spridning i Atlanten (2 cm/år)

Snabb i Stilla havet (18 cm/år)

(35)

Paleomagnetism

- mittatlantiska ryggen -

(36)

Ofiolit

Magma bildas genom trycklättnad Astenosfären delsmälter

Basaltisk smälta bildas Stelnar som:

Gabbro, på djupet Diabas, som gångar

Kuddlava, magma rinner på på havsbotten

Oceanisk skorpa är uppbyggd av denna sekvens - ofiolit

(37)

Densiteten av litosfären ökar genom avkylning med avståndet från

spridningszonen

Spridningszoner

- divergerande plattkant, produktionszon -

(38)

Svarta rökare

Svarta rökare bildas av heta, salt- och metallrika lösningar

Kan bli höghushöga

Havsvatten tränger in i sprickor i berggrunden

Hettas upp och hydrotermalomvandlar berggrunden

Metall-klorkomplex bildas

Vid havsbotten fälls dessa ut som metallsulfider (pyrit, zinkblände, kopparkis)

(39)

Den nybildade oceaniska skorpan rör sig bort från spridningszonen Den äldsta oceaniska skorpan är ca. 180 Ma och finns vid kontakten till kontinental skorpa.

Varför finns det ingen äldre oceanisk skorpa?

(40)

Konvergerande plattkanter - subduktionszoner

Typdrag: djuphavsgravar, jordskalv, explosiva vulkaner Exempel: Anderna = ocean-kontinent kollision

Filipinerna = ocean-ocean kollision

(41)

Subduktionszoner

- konvergerande plattkant, konsumtionszon -

Konvergerande plattgränser

= kollisionszoner Tre typer:

1. ocean-kontinentkollision

2. ocean-oceankollision (öbågar) 3. kontinent-kontinentkollision (bergskedjor)

1

2 3

(42)

Består av 4 komponenter:

1. Djuphavsgrav (trench) 2. Fore-arc bassäng

3. Magmatisk båge (volcanic /magmatic arc). I detta fall en öbåge.

4. Back-arc bassäng

1 2 3 4

Subduktionszoner

- konvergerande plattkant, konsumtionszon -

(43)

Öbågar

(ocean-oceanplattkollision)

Gammal oceanisk litosfär har hög densitet

Börjar sjunka ner i astenosfären En subduktionszon har etablerats Den subducerande plattan sjunker med en hastighet på ca 15 cm/år

(44)

Subduktionszoner

- konvergerande plattkant, konsumtionszon -

Vinkeln på subduktionszonen varierar från 10-90°

Genom friktion sker jordskalv utmed

subduktionszonen, sk. Wadati-Benioff zonen Sker ner till 660 km (övergångszonen i

manteln)

De subducerande plattorna ansamlas vid D”

lagret mellan kärnan och under manteln.

(45)

Består av 4 komponenter:

1. Djuphavsgrav (trench) 2. Fore-arc bassäng

3. Magmatisk båge (volcanic /magmatic arc). I detta fall en öbåge.

4. Back-arc bassäng

1 2 3 4

Subduktionszoner

- konvergerande plattkant, konsumtionszon -

(46)

Djuphavsgrav och accretionsprisma

Djuphavsgravarna utgör de djupaste djupen på Jorden (11 000 m)

Accretionsprismat består av avskrapat sediment och bitar av oceanisk skorpa Bildar kilar i djuphavsgraven

Kan tryckas upp på land Tex Taiwan, Kreta

(47)

Subduktionszoner

- konvergerande plattkant, konsumtionszon -

Vulkanbågen – magmatiska bågen utgörs av en kedja av vulkaner

Den subducerande plattan avger vatten som orsakar delsmältning i mantelkilen

Magman stiger uppåt och bildar magmatiska bergarter

Bågformen beror på att jorden är sfärisk

Extension bakom den magmatiska bågen (back- arc basin) kan utveckla oceanisk skorpa

B. Dahrén

(48)

Transforma plattkanter - konservativa zoner -

Två litosfärsplattor rör sig längsmed varandra Vanliga utmed mittoceaniska ryggar

(spridningszoner)

Delar upp dessa i segment

Finns även utvecklade i kontinental litosfär (Kalifornien, Nya Zealand)

Jordbävningar

(49)

Transforma plattkanter - konservativa zoner -

Transforma plattkanter är aktiva endast mellan spridningszoner

Jordbävningar sker endast där plattorna rör sig i motsatt riktning

(50)

Transforma plattkanter - konservativa zoner -

San Andreasförkastningen är en transform plattkant

Sammanbinder en subduktionzon i norr och en oceanisk spridningzon i söder Utgör en gräns mellan den Nordamerikanska plattan och Stillahavsplattan Kraftiga jordbävningar

(51)

Nya Zeeland

(52)

Trippelpunkter - Specialfall -

Punkter där tre plattor möts

Kan vara olika typer av plattkanter som möts

Förflyttar sig och ändras med tiden

(53)

Hetfläcksvulkaner

Magmatism som inte är relaterad till plattgränser

Magman bildas i undre manteln och bildar stationära mantelplymer

Ca 100 hetfläcksvulkaner har identifierats

(54)

Hetfläcksvulkaner

Hetfläcksvulkan bildas ovanför en sk.

mantelplym

Litosfärsplattan för sig

Vulkanen slocknar och ny vulkan byggs upp ovanför mantelplymen

De slocknade vulkanerna eroderar och sjunker ihop, bildar seamounts

I oceanisk skorpa utgör de tjockare och styvare områden

(55)

47 Ma

Emperor - Hawaiispåret

Åldern på slocknade hetfläcksvulkaner ökar med avståndet till mantelpymen

Kan användas för att avgöra litosfärsplattans hastighet och riktning

(56)

Kontinentala spridningszoner

En mantelpym under en kontinental litosfär kan få den att spricka

Börjar oftast med tre sprickdalar Skorpan tunnas ut

Den övre spröda skorpan spricker, medan den undre deformeras plastiskt

Genom dekompression delsmälter manteln under sprickdalarna och vulkaner bildas

Sprickdalarna vidgas och kan med tiden nå havet och fyllas med havsvatten

Långsmala hav bildas som vidgas med tiden

Orsaken till fragmentering av Pangea.

(57)

Kontinentala spridningszoner

Arabiska halvön och Afrika var tidigare del av samma kontintala platta

Mantelplym under Afar, utgör en trippelpunkt

Röda havet och Adenviken har bildat oceanisk skorpa

Kontinental skorpa i Östafrika

Östafrikanska riften utgörs av saltsjöar, djupa smala dalar och vulkaner

(58)

Kontinentala spridningszoner

Basin and Range – mycket bred kontinental spridningszon Uttunnad kontinentalskorpa och högt värmeflöde

16 Ma

0,6 Ma

(59)

Kollision

kontinent-kontinent eller kontinent-öbåge

Oceanisk skorpa konsumeras vid subduktionszoner

Kontinental skorpa har för låg densitet för att subduceras

Havsområden blir mindre och hav sluts vid kollisionszoner

När två kontinentala litosfärsplattor möts trycks den tyngsta kontinentala litosfären ner under den som är lättare

Höga berg bildas

Tex Himalaya, Alperna

(60)

Kollision

kontinent-kontinent eller kontinent-öbåge

Kaledoniderna (Skanderna) bildades genom först en öbåge-kontinent och sedan kontinent-kontinentkollision vid 500-400 Ma

Del av Pangea och ett större bergkedjeområde

Nordatlanten öppnades för 40 My sedan

Kollisioner “syr ihop” konvergerande plattkanter

(61)

Himalaya

c 10 Ma

Idag

Satt tidigare ihop med Pangaea

(62)

Plattektonikens mekanismer

Drivs av:

Konvektion i manteln Ridge-push

Slab-pull

Dvs gravitation

(63)

Plattektonikens mekanismer Ridge push

Mittoceaniska ryggen ligger högre än kringliggande havsbotten (abyssal plain) Kraften riktas ut från ryggen

Mantelns uppstigande i spridningszonen är en konsekvens av ridge push

(64)

Plattektonikens mekanismer Slab pull

Den subducerande oceaniska plattan är tyngre än astenosfären Den dras ner i manteln av gravitationen

(65)

Plattektonik

Olika plattor rör sig med olika hastighet och i olika riktningar

Absoluta hastigheter relateras till en fast punkt i manteln och av avståndet mellan hetfläcksvulkaner av olika ålder

Relativ hastighet erhålls genom magnetanomalier i oceanisk skorpa

(66)

Plattektonik

Plattvektorer erhålls genom GPS-data (Global Positioning System)

(67)

(68)

Plattektonik

En dynamisk värld

(69)

Jorden om 50 miljoner år?

- det eviga pusslet -

(70)

https://www.svt.se/nyheter/vetenskap/lista-har-ar-de-5-farligaste-vulkanerna- idag-video

https://www.svtplay.se/video/16909006/vetenskapens-varld/vetenskapens-varld- sasong-28-vulkanen-som-forandrade-varlden?start=auto&tab=2018