Plattektoniken

Redaktör: Cecilia Aarnio. Efter Aro Brozinskis artikel Laattatektoniikka.

Benjamin Franklin om litosfärplattorna

Kontinenterna och havsbottnen som täcker jordens yta bygger upp ett dynamiskt nätverk av plattor som såväl pressas mot varandra som drivs isär från varandra. Dessa rörelser går inte att urskiljas med blotta ögat och har en hastighet på bara några centimeter per år. Fastän plattektoniken är ett rätt ungt kunskapsområde har litosfärplattorna och den underliggande manteln fascinerat mänskligheten i flera århundraden.

Den 22 september år 1782 skrev Benjamin Franklin till den franska geologen Abbè Soulavielle följande: ”… Bevis som tyder på att landområdet har roterat. Vissa delar, som tidigare legat under vatten, är nu exponerade och andra områden, som förut varit på torra land, ligger under vattenytan.” Franklin fortsätter vidare: ”Dylika händelser kan omöjligen ske vid jordytan ifall jordklotet är fullkomligt fast ända ner till kärnan. Därför föreställer jag mig möjligheten att jordens inre består av en vätska som är tätare och tyngre än någonting vi någonsin mött. Följaktligen finns det grund för att vår spröda jordskorpa flyter i eller på denna vätska och spricker stundvis upp i bitar som, till följd av dynamiska rörelser i vätskan, börjar rotera.”

Wegener banar vägen för kontinentaldriften

År 1912 föreslog Alfred Wegener i sin bok ”Die Entstehung der Kontinente und Ozeane” första gången att kontinenterna regelbundet driver isär. Enligt Wegener själv uppstod idén år 1910 då han studerade en världsatlas och lade märke till att kontinenternas landkonturer tycktes passa ihop. Genom att fördjupa sig i olika kunskapsområden såsom geofysik, geologi, geodesi, paleontologi, djurgeografi, växtgeografi och klimatforskning utvecklade Wegener senare sin teori om kontinentaldrift.

Wilson utvecklar plattektoniken

Den kanadensiska geofysikern John Tuzo Wilson anses vara den moderna plattektonikens fader. Wilson utvecklade Wegners teori genom att, år 1965, hävda att litosfärplattorna driver isär vid divergenszoner och stöter ihop vid konvergenszoner. Samma år presenterade Wilson sin kända teori om oceanernas uppkomst och tillslutning som numera kallas Wilsons cykel.

Stora och långsamma litosfärplattor

Litosfärplattornas gränser och proportioner.Litosfären består av ca tretton stycken 100-150 km tjocka litosfärplattor som rör sig med en hastighet på 1-15 cm i året.  Av dessa är sex plattor betydligt större än de andra: Pacifiska, Eurasiska, Antarktiska, Indo-Australiensiska, Amerikanska och Afrikanska plattan. De flesta litosfärplattor omfattar ett lugnt och stabilt inland samt både ocean- och kontinentalskorpa. Vid plattgränserna pressas plattorna samman och deformeras dvs. spricker, veckas och töjs ut.

Litosfärplattornas ständiga rörelser beror främst på nybildning av litosfär vid spridningszonerna och på konvektionsströmmarna i astenosfären men i viss mån även på vulkanisk aktivitet. Jordklotet ändrar således ideligen sitt utseende men i en så långsam takt att det knappt märks. Kunskapsområdet plattektonik strävar efter att förklara geosfärens dynamik samt hurudana processer och miljöer som formar vår berggrund.

Plattorna kolliderar

Jordskalv uppstår regelbundet vid plattgränserna där litosfärplattornas kanter glider mot varandra. Den huvudsakliga kraften till jordskalven är den enorma energi som lagras mellan plattorna då de pressas mot varandra. Långa perioder, präglade av konstant tryck och belastning, utlöser enorma krafter då stenblocken slutligen ger efter. Själva skalvet sker under bråkdelen av en sekund. Eldringen som sträcker sig längs plattgränserna kring Stilla havet är känd för att vara källa till våldsamma jordbävningar på havsbottnen och har även gett upphov till flera destruktiva tsunamivågor.

Vid plattornas gränser

Litosfärplattornas rörelser. I mitten bildas ny litosfär vilket, tillsammans med konvektionsströmmarna i astenosfären, leder till att plattorna driver isär. På var sin sida av spridningszonen finns en kollisionszon där den ena plattan subducerar under den andra. Bild Harri Kutvonen/GTK.Inom geologin talar man om tre olika mönster som beskriver hur litosfärplattorna pressas mot varandra och driver ifrån varandra. Plattgränser där litosfärplattorna driver isär kallas spridningszoner eller divergenszoner och gränser där plattorna rör sig mot varandra kallas kollisionszoner eller konvergenszoner. Den tredje typen av plattgräns kallas transforma förkastningar eller snedförkastning, där plattorna rör sig i sidoled förbi varandra.

Spridningszoner: plattor driver isär

Oceanernas mittryggar utgör den största delen av spridningszonerna. Smält stenmaterial (magma) från astenosfären väller ut mellan plattorna, kyls ner av det kalla vattnet och bildar ny litosfär. Totalt bildas ungefärligen 5 cm ny litosfär i veckan.

Mittryggar producerar ny litosfär samtidigt som de skuffar plattorna isär. Litosfärplattan som subducerar under den andra drar med sig material ner i manteln, på engelska “Slab pull”. Bild: USGS.

Basaltisk kuddlava som bildats för miljontals år sedan på havsbottnen. Kuddlava liknar i genomskärning stora dynor travade på varandra, och bildas ofta i plattgränser som ligger under havsytan. Formationerna bildas då het lava väller ut och genast stelnar på ytan då den kommer i kontakt med kallt vatten. Resultatet blir långa lavatuber eftersom smält lava fortsätter att rinna innanför det hårdnade skalet.Eftersom den smälta magman har en lägre densitet än omgivande berggrund pressas den uppåt genom jordskorpan och bildar djup-, gång- och ytbergarter. Den grovkorniga gabbron är en djupbergart som bildas då magma intruderar och stelnar djupt nere i jordskorpan. Den del av magman som stelnar närmare jordytan i sprickor och gångar, som bildats i samband med magmaintrusionen, formar gångbergarten diabas. Lava som når jordytan rinner ofta ut som kuddlava på havsbottnen. Kuddlava bildas då het lava stelnar vid ytan då den kommer i kontakt med kallt havsvatten. Eftersom smält lava fortsätter att rinna innanför det hårdnade skalet blir resultatet långa tubliknande lavaformationen som i genomskärning liknar stora kuddar, travade på varandra.

Den Östafrikanska gravsänkan eller riftdalen är den kändaste aktiva kontinentala spridningszonen på jordklotet idag. Eftersom riften är aktiv, dvs. det bildas ideligen ny litosfär mellan den arabiska och den afrikanska plattan, präglas området av häftiga jordskalv och vulkanutbrott. Det komplexa riftsystemet är redan tusentals km brett och kommer i något skede att öppnas till ett hav då det vuxit tillräckligt. Röda havet och den Kaliforniska viken är exempel på längre utvecklade kontinentala spridningsszoner.

Kollisionszoner: plattor pressas mot varandra

När två litosfärplattor pressas mot varandra i en konvergenszon sker kollisionen enligt olika mönster beroende på litosfärplattornas egenskaper.

Kollison mellan oceaniska och kontinentala plattor

Då oceaniska och kontinentala plattor kolliderar, dyker den tunga plattan med oceanskorpa ner under den tjocka, spröda och lättare plattan som byggs upp av kontinentalskorpa. Man säger att oceanplattan subducerar. Detta är en väldigt långsam process och det brukar dröja ett år innan plattan har subducerat mer än 10-15 cm.

Kontinentalskorpa kan inte subducera (den är för lätt) och därigenom försvinna ner i manteln. Detta innebär att den kontinentala litosfären är mycket äldre än den oceaniska. Medan oceanisk litosfär inte bibehålls i mer än 200 miljoner år kan kontinental litosfär bevaras i upptill 4 miljarder år.

Wadati-Benioff-zoner bildas i subduktionszoner. Ursprunglig ritning: USGS.Subduktionszoner ger ofta upphov till kraftiga jordskalv då litosfärplattorna skaver mot varandra. Jordskalvens hypocentrum ligger vanligen i den subducerande plattans övre del och bildar den s.k. Wadati-Benioff-zonen.

Vid Sydamerikas västkust har subduktionszonen mellan den Sydamerikanska plattan och Nazcaplattan gett upphov dels till en djuphavsgrav som sträcker sig längs kustlinjen och dels till den långa bergskedjan Anderna som är belägen strax invid.

Oceanplattor bildar djuphavsgravar

Då två oceaniska litosfärplattor träffar varandra resulterar kollisionen i ett långt, smalt och väldigt djupt tråg, en djuphavsgrav. Till följd av det höga trycket avger den våta och kalla oceanskorpan vatten då den sjunker ner mot astenosfären. Detta orsakar magmabildning genom partiell smältning av manteln ovanför den sjunkande oceanskorpan. På ytan återspeglas detta som vulkanisk aktivitet med vulkaniska öbågar strax intill djuphavsgraven som resultat. Den mer än 10 km djupa Marianergraven i Stilla havet har bildats till följd av kollision mellan två oceanplattor under en lång tid.

Kontinentalplattor reser bergskedjor

Där två kontinentalplattor pressas mot varandra i en kollision ger ingendera vika. Detta beror på att den kontinentala litosfären är för spröd och för lätt för att sjunka ner i astenosfären. Istället pressar kontinentalplattorna varandra uppåt och orsakar bergskedjeveckning, dvs. orogenes. Exempelvis har bergskedjan Himalaya uppkommit till följd av att tre kontinentalplattor (Indiska, Australienska och Eurasiska plattan) har kolliderat i en s.k. trippelpunkt (=punkt där tre litosfärplattor går ihop). Inom geologin indelas orogenesen i två undergrupper; kollisionsorogenes och ackretionsorogenes. Kollisionsorogenes uppstår då kontinentalskorpa kolliderar med kontinentalskorpa. Ackretionsorogenes sker då två vulkaniska öbågar och deras ackretionsprismor kolliderar ihop.   

Transform förkastning: plattorna glider mot varandra

På 1960-talet observerade den kanadensiska geofysikern att litosfärplattorna, förutom att kollidera och driva isär från varandra, även glider längs plattgränserna. Transforma förkastningar sker såväl mellan oceaniska som kontinentala plattor och präglas av ofta av intensiv seismisk aktivitet.  En av de mest kända transforma förkastningarna är San Andreas-förkastningen i Kalifornien som avgränsar Nordamerikanska plattan ifrån Stillahavsplattan.

Källor

Franklin, B. 1782: The Papers of Benjamin Franklin, vol. 38. Yale University Press (2006). USA.

Lehtinen, M., Nurmi, P. ja Rämö, T. 1998: Suomen kallioperä: 3000 vuosimiljoonaa. Suomen geologinen seura. Helsinki.

Marshak, S. 2004: Earth: portrait of a planet, 2nd ed. W.W Norton and Company. USA.

Raymond, L. A. 2002: Petrology: The study of igneous, sedimentary and metamorphic rocks, 2nd ed. McGraw-Hill Companies. USA.

Press, F., Siever, R., Grotzinger, J. ja Jordan, T.H. 2003: Understanding Earth, 4th ed. W.H. Freeman and Company. USA.

Windley, B. F. 1995: The Evolving Continents, 3rd ed. John Wiley & Sons Ltd. Iso-Britannia.

Wegener, A. 1929: Die Entstehung der Kontinente und Ozeane, Vierte Auflage. Einzeldarstellungen aus der Naturwissenschaft und der Technik. BD. 66: 1-4.