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Lithosphäre

 
     
  wörtlich übersetzt Gesteinsphäre, bezeichnet die äussere, etwa 100-200 km mächtige Schale der Erde, die sich stark vereinfacht ausgedrückt dadurch auszeichnet, dass sie sich gegenüber Deformationen elastisch verhält. Bei starken Deformationen, wie sie z.B. bei Erdbeben auftreten, kommt es zu bruchhaften Verformungen, so dass man auch von einem rigiden Verhalten der Lithosphäre spricht. Ein gegensätzliches Verhalten zeigt die unterlagernde Asthenosphäre, die ebenfalls fest ist, sich jedoch gegenüber langdauernden Verformungen weich und duktil verhält. Die Lithosphäre umfasst die kontinentale bzw. die ozeanische Erdkruste und den oberen Erdmantel. Das unterschiedliche rheologische Verhalten der beiden Schalen ist eine wesentliche Grundlage für die Prozesse der Plattentektonik. Die "starre" Lithosphäre baut die Platten (Plattentektonik) auf, die auf der weichen Asthenosphäre schwimmen. Die Viskosität der Lithosphäre ist grösser als 1021-1022 Pa·s, während für die Asthenosphäre Werte unterhalb von 1020 Pa·s angenommen werden (Rheologie).


Die Grenze zwischen Lithosphäre und Asthenosphäre ist durch den rheologischen Übergang rigid zu duktil definiert, der im wesentlichen durch die Temperatur bestimmt wird. Im Temperaturbereich um 1100-1200ºC beginnt der den oberen Erdmantel aufbauende Peridotit teilweise zu schmelzen. Diese partielle Aufschmelzung ändert die Rheologie entscheidend. Wie die seismologischen Untersuchungen zeigen, nimmt die Geschwindigkeit der seismischen Wellen, teilweise verursacht durch das Aufschmelzen des Mantelperidotits bedingt, von der Lithosphäre zur Asthenosphäre ab. Die Asthenosphäre bildet somit eine Zone verringerter Geschwindigkeit für die seismischen Wellen (Niedriggeschwindigkeitszone). Unter den Kontinenten erreicht die Lithosphäre eine Mächtigkeit von 150-200 km, im Bereich alter Schilde kann sie sogar bis zu 400-450 km mächtig werden. Unter den Mittelozeanischen Rücken mit den aufdringenden heissen Mantelgesteinen liegt die Grenze zwischen Asthenosphäre und Lithosphäre nur in wenigen Kilometern Tiefe. Mit zunehmendem Abkühlungsalter und somit mit wachsendem Abstand vom Mittelozeanischen Rücken wächst die Mächtigkeit der Lithosphäre auf Kosten der Asthenosphäre. Nach etwa 100 Millionen Jahren hat die Lithosphäre bereits eine Mächtigkeit von ca. 100 km erreicht. Unter kontinentalen Riftzonen ist die Lithosphäre ausgedünnt. In den Subduktionszonen dagegen taucht die Lithosphäre tief in die Asthenosphäre ein und erreicht hier Tiefen von 700 km, wie das Auftreten der Tiefherdbeben zeigt. Die elastische Lithosphäre ist es auch, die in Form einer Durchbiegung zusätzliche Auflasten tragen kann. Auflasten können Gebirge sein, aber auch durch grosse Eisschilde gebildet werden, wie sie in der Antarktis oder auf Grönland auftreten. Beim Abschmelzen grosser Eiskappen hebt sich das entlastete Land, ein Vorgang, der geologisch z. B. in Skandinavien nach der letzten Eiszeit verfolgt werden kann. Aus dem zeitlichen Verlauf dieses Hebungsprozesses lassen sich die rheologischen Eigenschaften der Lithosphäre abschätzen. Im Detail zeigt auch die Lithosphäre eine rheologische Schichtung. Insbesondere weist die kontinentale Erdkruste entsprechend ihrer petrologischen Gliederung und wegen der steigenden Temperaturen eine Gliederung in rigide und duktile Zonen auf. Insbesondere in Bereichen mit einer hohen Wärmeflussdichte muss das rheologische Verhalten der unteren Erdkruste als fliessfähig angesehen werden.
 
 

 

 

 
 
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