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Plattentektonik: Europa taucht ab

Im Mittelmeerraum sinkt afrikanischer Meeresboden unter Europas Kruste in den Erdmantel. Doch die Indizien mehren sich, dass ein Rollentausch bevorsteht. Ein niederländischer Forscher präsentiert Daten, nach denen europäischer Meeresboden schon bald unter Sizilien verschwinden könnte.
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Wo Ozeane schrumpfen, überrollt der Kontinent den Meeresboden – viele dieser Subduktionszonen gibt es auf der Erde, insbesondere im Pazifik, wo sie den tektonisch aktiven pazifischen Feuerring bilden. Dieser Prozess endet erst, wenn Kontinent auf Kontinent trifft und Gebirge aufwirft wie den Himalaya. Wie Subduktion beginnt ist allerdings nach wie vor umstritten. Rinus Wortel von der Universität Utrecht hat jetzt einen Kandidaten für die Geburt einer solchen Plattengrenze vorgeschlagen, in einer Region, die direkt vor unserer Haustür liegt: im Mittelmeer, nördlich von Sizilien.

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STEP-Störungszone | Schemazeichnung eines Subduction-Transform Edge Propagator (STEP), wie er vor Sizilien zu finden ist. Unter die ozeanische Platte (gelb) schiebt sich ozeanische Kruste, die zum Kontinent (orange) gehört. Da der Kontinent nicht absinkt, reißt seine ozeanische Kruste während ihres Abtauchens ab. Zurück bleibt eine Diskontinuität an dieser Abrisstelle, die sich in einer Schwächezone in der Lithosphäre unter dem Kontinentrand äußert. Wenn Kontinent und ozeanische Platte gegeneinander gedrückt werden (grüne Pfeile), kann der Meeresboden entlang dieser Schwächezone unter den Kontinent gleiten und in den Mantel abtauchen.
Dort liegt eine Schwächezone der Erdkruste, die man als STEP (Subduction-Transform Edge Propagator) bezeichnet. Dieser erst vor ein paar Jahren erkannte und beschriebene Typ von Schwächezonen entsteht an den Enden von Subduktionszonen: Oft taucht eine Platte nicht auf gesamter Länge unter eine andere ab, sondern nur zu einem Teil, während die benachbarte Kruste an der Oberfläche bleibt. Im Verlauf der Subduktion lösen sich diese beiden Plattenteile voneinander wie von einer Schere geschnitten, und hinterlassen eine permanente Schwächezone, insbesondere im lithosphärischen Mantel unter dem Kontinent.

Die STEP-Zone vor Sizilien zeichnet den Weg einer Subduktionszone nach, die seit einigen Millionen Jahren durch retrograde Subduktion von Westen nach Osten durchs westliche Mittelmeer wandert. Der Aufprall Afrikas auf Europa bremste die Bewegung des Kontinents nach Norden, so dass die Einengung des Mittelmeers ins Stocken geriet. Nach wie vor allerdings taucht der Meeresboden der afrikanischen Platte, gezogen von seinem eigenen Gewicht, in den Mantel ab – vor 15 Millionen Jahren noch sank er im Tyrrhenischen Meer entlang einer Linie von Korsika bis zur Westspitze Siziliens im Erdinneren. Da seither laufend afrikanischer Meeresboden verschwand, der Ozean aber kaum schmaler wird, wanderte die Abtauchzone langsam rückwärts und zog europäische ozeanische Kruste mit sich. So bewegte sich der Bereich aktiver Subduktion südostwärts und bildet inzwischen den Kalabrischen Bogen vor der Südspitze Italiens.

Während dieser Wanderung riss der abtauchende Meeresboden am Südende der Subduktion sukzessive vom afrikanischen Kontinentrand ab, der zu leicht ist, um zusammen mit seiner ozeanischen Kruste abzutauchen. Der Bruch zwischen diesen Krustenteilen hinterließ dann vor Sizilien die STEP-Zone im Untergrund. An dieser Schwächezone, vermutete Wortel in einem Vortrag auf der Vollversammlung der European Geosciences Union in Wien, wird sich nun die Richtung der Subduktion umkehren. Wo bisher afrikanischer Meeresboden vernichtet wurde, muss nun europäische Kruste in den Erdmantel abtauchen. Denn vom afrikanischen Meeresboden ist dort nichts mehr übrig – trotzdem bewegt sich Afrika nach wie vor Richtung Norden auf Europa zu und drückt Sizilien nordwärts gegen den Boden des Tyrrhenischen Meeres.

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STEP-Zone vor Sizilien | In den letzten 15 Millionen Jahren wanderte die Subduktionszone (rote Linien) an ihre jetzige Position südlich von Italien. Dabei riss der Meeresboden der Afrikanischen Platte entlang der Sizilianischen Nordküste vom Kontinentrand ab und hinterließ eine STEP-Zone (rot gepunktet), die Rinus Wortel nun als Kandidaten für zukünftige Subduktion Europas unter den afrikanischen Kontinent vorschlägt. (Abbildung nach: Wortel et al. in Lallemand, Funiciello (Hrsg.): Subduction Zone Geodynamics)
Die Verwerfungen der STEP-Störung, die Wortel und sein Kollege Rob Govers schon 2005 beschrieben haben, fallen nach Süden ein, in der Richtung, die eine neue Subduktionszone dort einnehmen würde. Computersimulationen, kürzlich von Wortel und seiner Arbeitsgruppe veröffentlicht, zeigen, wie der Prozess vonstatten gehen könnte: Durch den Druck der konvergenten Plattenbewegung rutscht der Meeresboden entlang der STEP-Verwerfungen unter den Kontinent und drückt ihn nach oben.

Wenn auf diese Weise ein etwa 80 Kilometer breites Stück Meeresboden untergetaucht ist, beginnt die ozeanische Platte unter ihrem eigenen Gewicht abzusinken – erst dann bildet sich die typische Struktur einer Subduktionszone: Der vorderste Rand der oberen Platte wird mit dem Meeresboden nach unten gezogen und formt den für Subduktionszonen typischen Tiefseegraben. Nach etwa sieben Millionen Jahren ist diese Entwicklung weitgehend vollendet und ein aktiver Kontinentrand entstanden.

Indizien für eine südwärts abtauchende Subduktionszone im Anfangsstadium vor Sizilien und Nordafrika liefern vor allem Erdbeben innerhalb der STEP-Zone. Anhand dieser seismischen Daten stellten Wortel und Kollegen fest, dass die Störungsflächen unter dem afrikanischen Kontinentrand tatsächlich nach Süden ins Erdinnere einfallen und Teile Europas dort unter Afrika zu verschwinden beginnen.

Obwohl die Welt mit Subduktionszonen überzogen ist weiß niemand, wann und wo zuvor stabile ozeanische Kruste erstmals anfängt, in den Erdmantel abzutauchen. Aktive Kontinentränder haben Lebensdauern von hunderten Millionen Jahren, entsprechend selten ist ihre Entstehung in der Erdgeschichte. Bis dato gibt es nur Computermodelle und Theorien über diesen Vorgang – für die Forschung wäre eine solche Entdeckung, sollte sie sich denn bestätigen, ein Glücksfall. Doch die Ergebnisse von Wortel haben auch praktische Implikationen für den Katastrophenschutz im Mittelmeerraum – sie zeigen nachdrücklich, dass auch Europa an eine unruhige Region der Erdkruste grenzt und sich Gedanken über Erdbeben und Tsunamis machen sollte.

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  • Quellen
Wortel et al.: Subduction initiation along the inherited weakness zone at the edge of a slab: Insights from numerical models, Geophys. J. Int. 184, S. 991–1008, 2011

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