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Lexikon der Geowissenschaften: Plattenkinematik

Plattenkinematik, Bewegungen der Platten der Lithosphäre nach dem Modell der Plattentektonik. Die großen Lithosphärenplatten bewegen sich entsprechend der Theorie gleichförmig und in sich undeformierbar als Kugelkappen über die darunterliegenden Schichten des Erdmantels. Nach einem Theorem von Euler lassen sich solche Bewegungen durch einen einzigen dreidimensionalen geozentrischen Rotationsvektor (

) beschreiben. Der Geschwindigkeitsvektor (

) in einem Punkt P an der Erdoberfläche mit dem Ortsvektor

ist dann:



P=

·

P.

Diese Formel gilt für alle Punkte P der Lithosphärenplatte L. Für n Platten auf der Erde wären dann n Vektoren

L zur Beschreibung der Plattenkinematik erforderlich. Solche Modelle der Plattenkinematik wurden erstmals um 1970 aus geologisch-geophysikalischen Beobachtungen erstellt. Dabei wurden drei Typen von Meßdaten verwendet: a) Geschwindigkeiten der Meeresbodenausbreitung, b) Azimute der Transform-Verwerfungen und c) Azimute von Erdbeben-Herdflächen. International bekannt geworden sind z.B. die Modelle von Minster und Jordan (1974, 1978). In den Jahren 1990 bis 1994 wurden die bis dahin umfassendsten und für den Rest des Jahrhunderts meist akzeptierten Geschwindigkeitsmodelle von Wissenschaftlern der Northwestern University (NUVEL) veröffentlicht.

Die Geschwindigkeitsmodelle werden zunächst als Relativbewegungen der einzelnen Platten gegeneinander dargestellt (relative Rotationsvektoren). Sie werden dann zu einem globalen Modell zusammengefaßt, wobei im allgemeinen die Pazifik-Platte als größte und stabilste Platte fixiert, d.h. als in Ruhe befindlich angesehen wird. Später wird dann eine zusätzliche Bedingung eingeführt, mit der die Summe (das Integral) der Bewegungen aller auf den verschiedenen Platten liegenden Punkte der Erdoberfläche zu Null gemacht wird (›no net rotation‹, NNR). Als internationaler Standard wurde das Modell NNR NUVEL-1A akzeptiert. Es beruht auf den Meßdaten von 277 Geschwindigkeitswerten der Meeresbodenausbreitung, 121 Azimuten der Transform-Verwerfungen sowie 724 Azimuten von Erdbeben-Herdflächen und beschreibt die Bewegungen von zwölf großen Lithosphärenplatten mit ihren Rotationsvektoren. Während den genannten geologisch-geophysikalischen Modellen Meßdaten zugrunde liegen, die eine mittlere Bewegung über Millionen von Jahren angeben, können aus Beobachtungen mit geodätischen Raumverfahren auch aktuelle plattenkinematische Modelle abgeleitet werden, die nur die Bewegungen im Beobachtungszeitraum (einige Dekaden) wiedergeben. Grundlage sind die gemessenen Geschwindigkeiten der geodätischen Beobachtungsstationen (Global Positioning System und SLR zu Satelliten sowie Radiointerferometrie). Die berechneten Plattenrotationsvektoren aus der Geodäsie stimmen erstaunlich gut mit denen aus geologischen Zeiträumen überein. Das deutet auf eine über lange Zeit gleichförmige Bewegung der Platten hin. Für präzise geodätische Bezugssysteme ist die Abweichung zwischen den Modellen allerdings häufig zu groß. Die Abbildung zeigt die aus einem geodätisch bestimmten aktuellen plattenkinematischen Modell (APKIM 8.0) berechneten Bewegungen ausgewählter Beobachtungsstationen im Vergleich mit denen aus dem geologisch-geophysikalischen Modell NNR NUVEL-1A. Man erkennt im allgemeinen eine gute Übereinstimmung, aber vor allem an den Plattenrändern (Pazifikküste Nord- und Südamerikas, Japan) auch große Diskrepanzen. [HD]

Literatur: DREWES, H. (1989): Methoden zur Modellierung der Plattenkinematik. Schriftenreihe Vermessungswesen, Universität der Bundeswehr München, Heft 39, 29-49.


Plattenkinematik: Punktbewegungen aus dem geophysikalischen Modell NNR NUVEL-1A und dem geodätischen Modell APKIM 8.0 der Plattenkinematik. Plattenkinematik:
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