Lithosphäre

Die Lithosphäre (IPA: , aus dem Griechischen für “felsige” Kugel) ist die feste äußerste Schale eines felsigen Planeten. Auf der Erde umfasst die Lithosphäre die Kruste und den obersten Mantel, der über die Mohorovičić-Diskontinuität mit der Kruste verbunden ist. Die Lithosphäre wird von der Asthenosphäre unterlegt, dem schwächeren, heißeren und tieferen Teil des oberen Mantels. Die Basis der Lithosphäre-Asthenosphäre-Grenze entspricht ungefähr der Tiefe der Schmelztemperatur im Mantel. Als leitend kühlende Oberflächenschicht des Konvektionssystems der Erde verdickt sich die Lithosphäre mit der Zeit. Es ist in tektonische Platten fragmentiert (im Bild gezeigt), die sich unabhängig voneinander bewegen. Diese Bewegung lithosphärischer Platten wird als Plattentektonik bezeichnet.

Das Konzept der Lithosphäre als starke äußere Schicht der Erde wurde von Barrell entwickelt, der eine Reihe von Artikeln schrieb, in denen das Konzept vorgestellt wurde (Barrell 1914a-c). Das Konzept basierte auf dem Vorhandensein signifikanter Schwerkraftanomalien über der kontinentalen Kruste, woraus er folgerte, dass es eine starke obere Schicht (die er Lithosphäre nannte) über einer schwächeren Schicht geben muss, die fließen könnte (die er Asthenosphäre nannte). Diese Ideen wurden von Daly (1940) erweitert und von Geologen und Geophysikern weitgehend akzeptiert. Obwohl diese Ideen über Lithosphäre und Asthenosphäre entwickelt wurden, lange bevor die plattentektonische Theorie in den 1960er Jahren artikuliert wurde, sind die Konzepte, dass eine starke Lithosphäre existiert und dass diese auf einer schwachen Asthenosphäre beruht, für diese Theorie wesentlich.

Die Aufteilung der äußeren Erdschichten in Lithosphäre und Asthenosphäre sollte nicht mit der chemischen Unterteilung der äußeren Erde in Mantel und Kruste verwechselt werden. Die gesamte Kruste befindet sich in der Lithosphäre, aber die Lithosphäre enthält im Allgemeinen mehr Mantel als Kruste.

Es gibt zwei Arten von Lithosphäre:

• Ozeanische Lithosphäre, die mit der ozeanischen Kruste verbunden ist
• Kontinentale Lithosphäre, die mit der kontinentalen Kruste verbunden ist

Die ozeanische Lithosphäre ist typischerweise etwa 50-100 km dick (aber unter den mittelozeanischen Graten ist nicht dicker als die Kruste), während die kontinentale Lithosphäre etwa 150 km dick ist und ~ 50 km aus Kruste und 100km oder mehr des obersten Mantels. Die ozeanische Lithosphäre besteht hauptsächlich aus mafischer Kruste und ultramafischem Mantel und ist dichter als die kontinentale Lithosphäre, für die der Mantel mit Kruste aus felsischem Gestein verbunden ist. Die Kruste unterscheidet sich vom oberen Mantel durch die Änderung der chemischen Zusammensetzung, die an der Moho-Diskontinuität stattfindet. Die ozeanische Lithosphäre verdickt sich mit zunehmendem Alter und entfernt sich vom mittelozeanischen Rücken. Diese Verdickung erfolgt durch leitfähige Kühlung, die die heiße Asthenosphäre in einen lithosphärischen Mantel umwandelt und bewirkt, dass die ozeanische Lithosphäre mit zunehmendem Alter immer dichter wird. Die ozeanische Lithosphäre ist für einige zehn Millionen Jahre weniger dicht als die Asthenosphäre, aber danach wird sie immer dichter als die Asthenosphäre. Die Gravitationsinstabilität der ozeanischen Lithosphäre bewirkt, dass die ozeanische Lithosphäre in Subduktionszonen unweigerlich unter die übergeordnete Lithosphäre sinkt, die ozeanisch oder kontinental sein kann. An den mittelozeanischen Kämmen wird ständig neue ozeanische Lithosphäre produziert, die in Subduktionszonen in den Mantel zurückgeführt wird. Infolgedessen ist die ozeanische Lithosphäre viel jünger als die kontinentale Lithosphäre: die älteste ozeanische Lithosphäre ist etwa 170 Millionen Jahre alt, während Teile der kontinentalen Lithosphäre Milliarden von Jahren alt sind.

Ein weiteres charakteristisches Merkmal der Lithosphäre sind ihre Fließeigenschaften. Unter dem Einfluss der Langzeit-Spannungen geringer Intensität, die plattentektonische Bewegungen antreiben, reagiert die Lithosphäre im Wesentlichen als starre Hülle und verformt sich somit primär durch sprödes Versagen, während die Asthenosphäre (die Schicht des Mantels unterhalb der Lithosphäre) hitzeweicht ist und Dehnungen durch plastische Verformung aufnimmt.

Geowissenschaftler können die Natur des subkontinentalen Mantels direkt untersuchen, indem sie Mantel-Xenolithen untersuchen, die in Kimberlit und anderen vulkanischen Rohren aufgewachsen sind.

• Erdkruste, Lithosphäre und Asthenosphäre
• Kruste und Lithosphäre
• Barrell, J. 1914a Die Stärke der Erdkruste. Zeitschrift für Geologie.22, 425-433.
• Barrell, J. 1914b Die Stärke der Erdkruste. Zeitschrift für Geologie 22, 441-468.
• Barrell, J. 1914c Die Stärke der Erdkruste. Zeitschrift für Geologie 22, 655-683.
• Daly, R. 1940 Stärke und Struktur der Erde. New York: Prentice-Hall.
• Stanley Chernicoff und Donna Whitney. Geologie. Eine Einführung in die Physikalische Geologie, 4. Aufl., Pearson 2007

Siehe auch

• Biosphäre
• Kryosphäre
• Erdatmosphäre
• Hydrosphäre
• Pedosphäre
• Plattentektonik
• Kola Superdeep Bohrloch

Struktur der Erde

Kruste • Oberer Mantel • Lithosphäre • Asthenosphäre • Mesosphäre • Mantel • Äußerer Kern • Innerer Kern • Plattentektonik