Lithosphäre

Definition und grundlegende Eigenschaften

Die Lithosphäre ist die äußerste Gesteinshülle eines terrestrischen Himmelskörpers. Bei der Erde umfasst sie die Erdkruste und den äußersten, relativ starren Teil des Erdmantels, den lithosphärischen Mantel. Sie besteht nicht aus einer zusammenhängenden Einheit, sondern aus einzelnen Lithosphärenplatten, die auch tektonische Platten oder Kontinentalplatten genannt werden.

Die Lithosphäre verhält sich gegenüber den meisten Deformationen elastisch. Bei starken Belastungen und Verformungen bricht sie, weshalb sie auch als rigide, also starre, Gesteinshülle bezeichnet wird. Darin unterscheidet sie sich von der direkt darunterliegenden Asthenosphäre. Diese ist ebenfalls fest, verhält sich aber über geologische Zeiträume plastisch beziehungsweise duktil, also nachgiebig. Die Lithosphärenplatten liegen der Asthenosphäre auf und bewegen sich ständig, auch wenn diese Bewegungen in menschlichen Zeitmaßstäben kaum wahrnehmbar sind.

Aufbau, Grenzen und Mächtigkeit

Die Lithosphäre setzt sich aus der oberen und unteren Erdkruste sowie dem lithosphärischen Mantel zusammen. Die Grenzen zwischen den einzelnen Schichten können seismologisch, also mithilfe der Ausbreitung von Erdbebenwellen, nachgewiesen werden. Solche Grenzen werden Diskontinuitäten genannt.

Die Mohorovičić-Diskontinuität, kurz Moho, trennt die Erdkruste vom darunterliegenden lithosphärischen Erdmantel. An dieser Grenze nimmt die Wellengeschwindigkeit abrupt zu, weil das Mantelgestein eine höhere Dichte als die Krustengesteine besitzt. Die Conrad-Diskontinuität bildet im kontinentalen Bereich die Grenze zwischen Oberkruste und Unterkruste. Am Übergang von der Lithosphäre zur Asthenosphäre nimmt die Wellengeschwindigkeit dagegen sprunghaft ab. Dieser Bereich wird als Gutenberg-Diskontinuität oder Low Velocity Zone bezeichnet.

Die Mächtigkeit der gesamten Lithosphäre reicht von wenigen Kilometern an einem mittelozeanischen Rücken bis zu 100 oder 200 Kilometern auf den Kontinenten; im Mittel beträgt sie etwa 100 Kilometer. In kontinentaler Lithosphäre liegt die Moho gewöhnlich 30 bis 50 Kilometer tief. Unter einer stark verdickten Kruste, beispielsweise unter einem jungen Faltengebirge, kann sie bis zu 80 Kilometer Tiefe erreichen. In ozeanischer Lithosphäre befindet sich die Moho nur fünf bis sieben Kilometer tief. Unterhalb der Spreizungszone eines mittelozeanischen Rückens zeigt sie direkt den Übergang zur Asthenosphäre an, weil dort der lithosphärische Mantel fehlt.

Platten und ihre Bewegung

Die Lithosphäre wird in sieben große Lithosphärenplatten gegliedert: die Nordamerikanische Platte, die Eurasische Platte, die Südamerikanische Platte, die Afrikanische Platte, die Indisch-Australische Platte, die Antarktische Platte und die Pazifische Platte. Daneben gibt es kleinere Platten, zum Beispiel die Nazca-Platte und die Philippinische Platte. Auch die Großplatten können weiter in kleinere Platten unterteilt werden.

Die starren Platten bewegen sich auf der vergleichsweise duktilen Asthenosphäre. Ihre Höchstgeschwindigkeiten betragen mehr als zehn Zentimeter pro Jahr. Als eine Ursache der Kontinentaldrift werden thermische Konvektionsströmungen im Erdmantel angenommen. Die Gesamtheit der Bewegungen wird als Plattentektonik bezeichnet.

Man unterscheidet drei grundlegende Arten von Plattenbewegungen:

• Bei konvergierenden Platten bewegen sich Platten aufeinander zu. Ozeanische Lithosphäre kann unter eine andere Platte hinabgleiten; dieser Vorgang heißt Subduktion. Dabei entstehen Tiefseerinnen und vulkanisch aktive Gebirgszüge, zum Beispiel die japanischen Inseln mit dem Japangraben sowie die Anden mit dem Peru- beziehungsweise Atacamagraben. Kollidieren zwei Kontinentalblöcke, können Faltengebirge wie der Himalaya oder die Alpen entstehen. Häufig wird dabei bei einer der beteiligten Platten die Kruste vom lithosphärischen Mantel abgetrennt; dieser Vorgang heißt Delamination.

• Bei divergierenden Platten driften die Platten auseinander. An mittelozeanischen Rücken, kurz MOR, steigt Magma auf und bildet entlang der zentralen Achse ständig neue ozeanische Kruste. Dieser Vorgang wird Ozeanbodenspreizung genannt. Aus kleineren Spalten treten am Ozeanboden große Mengen heißer mineralischer Lösungen aus. Dadurch können turmartige Gebilde entstehen, die schwarz oder weiß „rauchen“; als Beispiel wird Lost City genannt.

• Bei Relativbewegungen quer zur Plattengrenze driften die Platten aneinander vorbei.

An allen Plattengrenzen treten als Folge der Plattentektonik stets Erdbeben und häufig auch Vulkanismus auf. Ozeanische Erdkruste wird wegen der Subduktion in der Regel nur 160 bis 190 Millionen Jahre alt. Kontinentale Erdkruste kann dagegen ein Alter von vier Milliarden Jahren erreichen. Zusätzlich unterliegt die Lithosphäre einem Tidenhub, der im Bereich einiger Dezimeter liegt.