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5.1: Einführung in die Plattentektonik - Geowissenschaften


Lernziele

Dieses Kapitel hat mehrere Ziele und Ziele:

  • Vergleichen und beschreiben Sie jede dieser Erdschichten: Lithosphäre, ozeanische Kruste und kontinentale Kruste.
  • Beschreiben Sie, wie Konvektion im Mantel stattfindet, vergleichen Sie die beiden Teile des Kerns und beschreiben Sie, warum sie sich voneinander unterscheiden.
  • Erklären Sie die Konzepte der folgenden Hypothese: Kontinentaldrift-Hypothese, Meeresboden-Ausbreitungs-Hypothese und die Theorie der Plattentektonik.
  • Beschreiben Sie die drei Arten von tektonischen Platten und wie die Prozesse zu Veränderungen der Oberflächeneigenschaften der Erde führen.

Wesentliche Fragen

  • Was ist die treibende Kraft der Plattentektonik und wie wirkt sich diese auf Erdbeben und Vulkane auf der ganzen Welt aus?
  • Wie hilft die Theorie der Plattentektonik, die verschiedenen Arten von Erdbeben und Vulkanen rund um den Planeten zu erklären?

1.5 Grundlagen der Plattentektonik

Plattentektonik ist das Modell oder die Theorie, die in den letzten 60 Jahren verwendet wurde, um die Entwicklung und Struktur der Erde zu verstehen – genauer gesagt die Ursprünge von Kontinenten und Ozeanen, von gefalteten Gesteinen und Gebirgszügen, von Erdbeben und Vulkanen und der Kontinentalverschiebung. Es wird in Kapitel 10 ausführlich erklärt, aber hier vorgestellt, weil es Konzepte enthält, die für viele der in den nächsten Kapiteln behandelten Themen wichtig sind.

Der Schlüssel zum Verständnis der Plattentektonik ist ein Verständnis der inneren Struktur der Erde, die in Abbildung 1.6 dargestellt ist. Erde Ader besteht hauptsächlich aus Eisen. Der äußere Kern ist heiß genug, damit das Eisen flüssig wird. Der innere Kern, obwohl noch heißer, steht unter so viel Druck, dass er fest ist. Das Mantel besteht aus Eisen und Magnesium Silikat Mineralien. Der größte Teil des Mantels, der den äußeren Kern umgibt, besteht aus festem Gestein, ist aber plastisch genug, um langsam fließen zu können. Um diesen Teil des Mantels ist eine teilweise geschmolzene Schicht (die Asthenosphäre) und der äußerste Teil des Mantels ist starr. Das Kruste – besteht auf den Kontinenten hauptsächlich aus Granit und unter den Ozeanen hauptsächlich aus Basalt – ist ebenfalls starr. Die Kruste und der äußerste starre Mantel bilden zusammen die Lithosphäre. Die Lithosphäre ist in etwa 20 . unterteilt tektonischen Platten die sich auf der Erdoberfläche in verschiedene Richtungen bewegen. (Eine genauere Darstellung der Bestandteile des Erdinneren finden Sie in Abbildung 9.2.)

Eine wichtige Eigenschaft der Erde (und anderer Planeten) besteht darin, dass die Temperatur mit der Tiefe ansteigt, von nahe 0 °C an der Oberfläche auf etwa 7000 °C im Zentrum des Kerns. In der Kruste beträgt die Temperaturanstiegsrate etwa 30°C/km. Dies ist bekannt als die Geothermiegradient.

Abbildung 1.6 Die Struktur des Erdinneren zeigt den inneren und äußeren Kern, die verschiedenen Schichten des Mantels und die Kruste [Wikipedia]

Wärme fließt kontinuierlich aus dem Erdinneren nach außen, und die Wärmeübertragung vom Erdkern auf den Erdmantel verursacht Konvektion im Erdmantel (Abbildung 1.7). Diese Konvektion ist die Hauptantriebskraft für die Bewegung tektonischer Platten. An Stellen, an denen sich Konvektionsströme im Mantel nach oben bewegen, bildet sich neue Lithosphäre (an Ozeanrücken) und die Platten bewegen sich auseinander (divergieren). Wo zwei Platten konvergieren (und die Konvektionsströmung nach unten gerichtet ist), ist eine Platte subduziert (nach unten gedrückt) in den Mantel unter dem anderen. Viele der größten Erdbeben und Vulkane der Erde sind mit konvergenten Grenzen verbunden.

Abbildung 1.7 Ein Konvektionsmodell im Erdmantel [http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/27/Oceanic_spreading.svg/1280px-Oceanic_spreading.svg.png]

Die großen tektonischen Platten der Erde und die Richtungen und Geschwindigkeiten, mit denen sie an den Rücken des Meeresbodens divergieren, sind in Abbildung 1.8 dargestellt.

Übung 1.2 Plattenbewegung während Ihres Lebens

Bestimmen Sie entweder mit einer Karte der tektonischen Platten aus dem Internet oder Abbildung 1.8, auf welcher tektonischen Platte Sie sich gerade befinden, wie schnell sie sich ungefähr bewegt und in welche Richtung. Wie weit hat sich diese Platte seit Ihrer Geburt relativ zum Erdkern bewegt?

Abbildung 1.8 Erdtektonische Platten und tektonische Merkmale, die in den letzten 1 Million Jahren aktiv waren [http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plate_tectonics_map.gif]


Rubrik

Dieses Kriterium ist mit einer Lernergebnisanforderung verknüpft

Enthält alle erforderlichen Komponenten, wie in der Aufgabe angegeben.

Enthält die meisten der erforderlichen Komponenten, wie in der Aufgabe angegeben.

Enthält einige der erforderlichen Komponenten, wie in der Aufgabe angegeben.

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Demonstriert solide oder ausreichende Kenntnisse der Materialien, stellt das Wissen aus den Messwerten und Quellen korrekt dar.

Einige bedeutende, aber nicht schwerwiegende Fehler oder Auslassungen bei der Demonstration von Kenntnissen.

Größere Fehler oder Auslassungen bei der Demonstration von Wissen.

Versäumt es, Kenntnisse über die Materialien nachzuweisen.

Dieses Kriterium ist mit einer lernergebniskritischen Analyse verknüpft

Bietet eine starke kritische Analyse und Interpretation der gegebenen Informationen.

Einige bedeutende, aber nicht schwerwiegende Fehler oder Auslassungen bei der Analyse und Interpretation.

Größere Fehler oder Auslassungen bei der Analyse und Interpretation.

Versäumt es, die gegebenen Informationen kritisch zu analysieren und zu interpretieren.

Dies muss im Aufsatzformat erfolgen, ohne die enthaltenen Fragen und ohne den Anleitungstext. Anbei ist mein aktuelles Papier mit allen Antworten. Es muss nur in ein Essay-Format mit einem Intro, Referenzen und einem Abschluss gebracht werden.


Einführung in die Plattentektonik Diese Einheit stellt Wegners Hypothese über die Kontinentalverschiebung, Hess' Theorie der Meeresbodenausbreitung und die moderne umfassende Theorie der Plattentektonik vor.

Die Präsentation zur Plattentektonik gliedert sich in 3 separate Diskussionen: Continental Drift, Seafloor Spreading und Plattentektonik. Dieser Ansatz soll die historische Entwicklung der Theorie der Plattentektonik hervorheben. Die Entwicklung der Theorie ist ein hervorragendes Beispiel für die kumulative Natur der Wissenschaft und des wissenschaftlichen Prozesses.

Continental Drift Diese Präsentation überprüft Wegners ursprüngliche Hypothese über die scheinbare Bewegung der Kontinente.

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Online-Vortrag. Klicken Sie hier, um einen Streaming-Vortrag über Wegners Beweise für Continental Drift anzuzeigen. (

Diese Animation zeigt eine Rekonstruktion der Bewegung der Kontinente in den letzten 180 Millionen Jahren. Diese und andere Animationen sind beim UCSB Educational Multimedia Visualization Center des Department of Earth Science erhältlich. Diese Animation ist verfügbar, indem Sie hier klicken.

Ausbreitung des Meeresbodens Diese Präsentation gibt einen Überblick über die wichtigsten Merkmale des Meeresbodens und Harold Hess' ursprüngliche Theorie der Ausbreitung des Meeresbodens.

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Diese Animation zeigt die Ausbreitung des Meeresbodens auf drei Ausbreitungszentren, die durch Transformationsstörungen verbunden sind. Der Einschub in der Aminierung zeigt magnetische Polaritätsumkehrungen und die Bildung von Magnetstreifen am Meeresboden. Diese und andere Animationen sind im UCSB Educational Multimedia Visualization Center des Department of Earth Science . Diese Animation ist verfügbar, indem Sie hier klicken.

Plattentektonik Diese Präsentation gibt einen Überblick über die moderne Theorie der Plattentektonik, der Plattenränder und des Auftretens von Vulkanismus und Erdbeben.

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Diese Animation zeigt die Subduktion der ozeanischen Kruste unter die kontinentale Kruste an einem konvergenten Rand. Beim Eintauchen der Platte in den Mantel wird Wasser in der Platte freigesetzt und bewegt sich durch den Auftrieb nach oben. Der Wassereinstrom in den oberen Erdmantel senkt den Schmelzpunkt von Gesteinen, was zur Bildung von basaltischem Magma führt. Während das Magma stürmisch aufsteigt, ändert sich seine Zusammensetzung durch eine Vielzahl von Prozessen von Basalt zu Andesit. Daher bildet sich auf der darüber liegenden Platte eine Reihe von Vulkanen, die parallel zum Tiefseegraben verlaufen. Diese und andere Animationen sind im UCSB Educational Multimedia Visualization Center des Department of Earth Science . Diese Animation ist verfügbar, indem Sie hier klicken.

Aktivitäten im Klassenzimmer

Wegners Puzzle. Klicken Sie hier, um einen gezippten Ordner mit Dokumenten für diese klassische Aktivität herunterzuladen, die vom U.S. Geological Survey entwickelt wurde. Dies ist eine ausgezeichnete Einstiegsaktivität für eine Einheit über Plattentektonik. Darüber hinaus kann die Aktivität die Eignung der Kontinente zur Bildung von Pangäa demonstrieren und kann als einführendes Phänomen verwendet werden. Diese Aktivität ermöglicht es den Schülern, grafische Darstellungen (z. B. Karten) zu verwenden, um zeitliche und räumliche Beziehungen zu identifizieren. (1,9 MB). Zip Ordner

Modellierung der Ausbreitung des Meeresbodens. Klicken Sie hier, um diese Aktivität herunterzuladen, in der die Schüler die Ausbreitung des Meeresbodens und die Bildung magnetischer "Streifen" modellieren, die die wichtigsten Beweise für die Theorie der Plattentektonik liefern. Diese Aktivität ermöglicht es den Schülern, ein Modell zu verwenden, um Ideen über ein Phänomen in einem nicht beobachtbaren Maßstab zu testen (d. h. um die Natur der Magnetstreifen des Meeresbodens zu verstehen). Darüber hinaus ermöglicht es den Schülern, eine Erklärung anhand des Modells zu konstruieren.

  • Lehreranweisungen PDFWord-Dokument
  • Schülerdatenblatt PDFWord-Dokument

Wo treten Erdbeben und Vulkane auf? Bei dieser Aktivität arbeiten die Schüler in Vierergruppen, um die Standorte von 20 aktiven Vulkanen und 20 großen Erdbeben zu zeichnen. Die Schüler vergleichen ihre Ergebnisse mit einer plattentektonischen Karte, um die Beziehung zwischen Plattengrenzen und den Orten von Erdbeben und Vulkanen zu untersuchen. Diese Aktivität ermöglicht es den Schülern, grafische Darstellungen (z. B. Karten) großer Datensätze (Erdbeben- und Vulkanstandorte) zu verwenden, um räumliche Beziehungen zu tektonischen Rändern zu identifizieren.

  • Schülerdatenblatt PDFWord-Dokument
  • Kartenschlüssel PDF

Woher kommt der Pinnacles-Nationalpark? In dieser Aktivität untersuchen die Schüler die Bewegung des Neenach-Vulkangesteins im Pinnacles-Nationalpark nach Norden entlang der San-Andreas-Verwerfung. Diese Aktivität ermöglicht es den Schülern, mathematische Konzepte (z. B. Geschwindigkeit) auf eine wissenschaftliche Frage zur Bewegungsgeschwindigkeit entlang der San-Andreas-Verwerfung und zur Vorhersage zukünftiger Bewegungen anzuwenden.

  • Schülerdatenblatt PDFWord-Dokument
  • Lehrer-Antwortschlüssel PDF

Wie schnell bewegt sich die pazifische Platte? PDF Word Document In dieser Aktivität untersuchen die Schüler geochronologische Daten für Lavaströme, die die Hawaii-Inseln bilden, und verwenden diese Daten und die Entfernungen der Inseln vom hawaiianischen Mantel-Hotspot, um die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der sich die Pazifische Platte bewegt. Diese Aktivität ermöglicht es den Schülern, mathematische Konzepte (z. B. Geschwindigkeit) auf eine wissenschaftliche Frage zur Bewegungsgeschwindigkeit der pazifischen Platte über dem hawaiianischen Hotspot anzuwenden . Lehrerschlüssel

Online-Video- und Medienressourcen

Diese dynamische interaktive Planetenkarte Dies ist eine sehr coole interaktive Karte, die die Standorte von Vulkanen, Erdbeben, Plattengrenzen und Einschlagskratern zeigt. Diese Website enthält viele Grafikdaten und erfordert eine schnelle Internetverbindung (haben Sie beim Laden etwas Geduld). Smithsonian Institution.

Dieser dynamische Planet Die USGS hat eine spektakuläre gedruckte Karte erstellt. Diese Website ist die Ergänzung zur gedruckten Karte und enthält Links zu herunterladbaren Karten. USGS

Diese dynamische Erde: Die Geschichte der Plattentektonik Dies ist eine Online-Publikation, die detaillierte Informationen zur Plattentektonik bietet. USGS

Lehrer an der Spitze Es gibt viele Ressourcen und Aktivitäten, die von diesem beruflichen Entwicklungsprogramm für naturwissenschaftliche Lehrer an Mittelschulen entwickelt wurden.

Plattentektonik: Eine Einführung Dieses Video stellt die Plattentektonik vor und zeigt, wie sich die Erdoberfläche im Laufe der geologischen Zeit verändert hat. Klicken Sie hier, um auf die Quellwebsite mit zusätzlichen Ressourcen zuzugreifen. WGBH Bildungsstiftung

Plattentektonik: Der Wissenschaftler hinter der Theorie Dieses Video stellt die drei Haupttypen außerhalb der Plattengrenzen vor. Klicken Sie hier, um auf die Quellwebsite mit zusätzlichen Ressourcen zuzugreifen. WGBH Bildungsstiftung

Plattentektonik: Weitere Beweise In diesem Video werden die drei wichtigsten Typen außerhalb der Plattengrenzen vorgestellt. Klicken Sie hier, um auf die Quellwebsite mit zusätzlichen Ressourcen zuzugreifen. WGBH Bildungsstiftung

Plattentektonik: Lake Mead, Nevada Dieses kurze Video untersucht das Lake Mead-Gebiet der Provinz Basin and Range, wo die Ausdehnung der nordamerikanischen Kruste auftritt. Klicken Sie hier, um auf die Quellwebsite mit zusätzlichen Ressourcen zuzugreifen. WGBH Bildungsstiftung

Kontinentale Wasserscheide: Die Auflösung von Pangaea Interaktive Animation zeigt das Aufbrechen von Pangaae mit Beweisen aus Gesteinen und Fossilien. WGBH Bildungsstiftung

Plattentektonik: Der hawaiianische Archipel Dieses Video stellt die Entstehung von Hawaii aus einem Hotspot des Mantels vor. Klicken Sie hier, um auf die Quellwebsite mit zusätzlichen Ressourcen zuzugreifen. WGBH Bildungsstiftung

Erdbeben! Wenn Platten kollidieren (WGBH Bildungsstiftung). Klicken Sie hier, um auf die Quellwebsite mit zusätzlichen Ressourcen zuzugreifen.

USGS Erdbebengefahrenprogramm Erdbeben.usgs.gov/ Diese USGS-Site ist der Haupteinstiegspunkt für Informationen über Erdbeben, einschließlich Echtzeit-Erdbebenkarten.

Globale Erdbebenkarte in Echtzeit http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map/ Dies ist eine interaktive Karte, die das Auftreten von Erdbeben zeigt. Bitte beachten Sie, dass Sie für mehr Details an jeden Ort heranzoomen und die Kartenoptionen ändern können, um Erdbeben unterschiedlicher Stärke anzuzeigen.

Geologischer Dienst der Vereinigten Staaten (USGS) www.usgs.gov/ Die USGS ist eine Bundesbehörde innerhalb des US-Innenministeriums und trägt die Hauptverantwortung für geologische (Gefahren, Ressourcen usw.) und Umweltfragen von nationaler und regionaler Bedeutung.

Das Bildungszentrum für Multimedia-Visualisierung emvc.geol.ucsb.edu/ Diese Website enthält großartige Animationen, die tektonische Plattenbewegungen veranschaulichen. UCSB

Lehrer an der Spitze orgs.up.edu/totle/ Es gibt viele Ressourcen und Aktivitäten, die von diesem beruflichen Entwicklungsprogramm für naturwissenschaftliche Lehrer an Mittelschulen entwickelt wurden.

Disziplinarische Kernideen der NGSS

Note 2
ESS1.C: Die Geschichte des Planeten Erde. Einige Ereignisse passieren sehr schnell, andere geschehen sehr langsam, über einen viel längeren Zeitraum, als man beobachten kann .

Klasse 4
ESS1.C: Die Geschichte des Planeten Erde. Lokale, regionale und globale Muster von Gesteinsformationen zeigen Veränderungen im Laufe der Zeit aufgrund von Erdkräften, wie beispielsweise Erdbeben. Das Vorkommen und der Standort bestimmter Fossilientypen weisen auf die Reihenfolge hin, in der Gesteinsschichten gebildet wurden.

ESS2.B: Plattentektonik und großräumige Systeminteraktionen. Die Orte von Gebirgszügen, tiefen Meeresgräben, Meeresbodenstrukturen, Erdbeben und Vulkanen treten in Mustern auf. Die meisten Erdbeben und Vulkane treten in Bändern auf, die sich oft entlang der Grenzen zwischen Kontinenten und Ozeanen befinden. Große Gebirgsketten bilden sich innerhalb von Kontinenten oder in der Nähe ihrer Ränder. Karten können helfen, die verschiedenen Land- und Wasserflächen der Erde zu lokalisieren.

ESS3.B: Naturgefahren. Durch natürliche Prozesse (z. B. Erdbeben, Tsunamis, Vulkanausbrüche) entstehen vielfältige Gefahren. Der Mensch kann die Gefahren nicht beseitigen, aber Schritte unternehmen, um ihre Auswirkungen zu verringern.

Mittelschule
ESS2.B: Plattentektonik und großräumige Systeminteraktionen Karten alter Land- und Wasserstrukturen, die auf Untersuchungen von Gesteinen und Fossilien basieren, machen deutlich, wie sich die Erdplatten über große Entfernungen bewegt haben, kollidierten und sich ausbreiteten.

ESS3.B: Naturgefahren Die Kartierung der Geschichte von Naturgefahren in einer Region, kombiniert mit dem Verständnis der damit verbundenen geologischen Kräfte, kann helfen, die Orte und Wahrscheinlichkeiten zukünftiger Ereignisse vorherzusagen.

Weiterführende Schule
ESS3.B: Naturgefahren Naturgefahren und andere geologische Ereignisse haben den Lauf der Menschheitsgeschichte verändert [sie] haben die Größe der menschlichen Bevölkerung erheblich verändert und menschliche Wanderungen vorangetrieben.

Häufige wissenschaftliche Missverständnisse

Kruste und Lithosphäre (oder Platten) sind synonyme Begriffe

Asthenosphere ist flüssig (Schüler kennen nur flüssige Konvektion, nicht feste Konvektion, viele geowissenschaftliche Sekundarschulfilme beziehen sich auch speziell auf eine geschmolzene innere Schicht).

Unterer Mantel ist flüssig (aus ähnlichen Gründen wie oben).

Der Erdkern ist hohl, oder es treten große Hohlräume tief in der Erde auf (ein Relikt der älteren Kosmologie und eine tragende Säule der populären Literatur und Hollywood-Filme).

Nur Kontinente bewegen sich (Wegeners ursprüngliches Konzept, zusammen mit der gebräuchlichen Verwendung des Begriffs „Continental Drift“ in allgemeinen Texten, geowissenschaftlichen Filmen der Sekundarstufe usw.)

Die meisten Krustenbewegungen (insbesondere solche, die mit Prozessen der Bergbildung oder der Bildung von Tiefseegräben verbunden sind) sind auf vertikale Bewegungen zurückzuführen, nicht auf laterale (Begriffe wie "Berghebung" und die Fachterminologie der Geowissenschaften sowie Relikte aus alten Kosmologien).

Divergierende Ozeankämme sind eher auf vertikale Hebung oder Konvergenz als auf Divergenz zurückzuführen (Nach der Erfahrung der Schüler ist Knicken normalerweise auf Konvergenz oder Hebung zurückzuführen, nicht auf Wärme-/Dichteunterschiede, daher passen Abbildungen von Rücken nicht leicht mit einer auseinanderziehenden Bewegung).

Die heutigen Ozeane begannen erst, als Pangaea auseinanderbrach - verbunden mit der allgemeinen Vorstellung, dass Pangaea der ursprüngliche Kontinent zu Beginn der Erde war (nur wenige erdwissenschaftliche Lehrfilme erwähnen, was vor Pangaea kam und die Betonung der atlantischen Ausbreitung führt dazu, dass der Pazifik übersehen wird).

Die Plattenbewegung ist in einem menschlichen Zeitrahmen nicht wahrnehmbar (die übliche Verwendung der Analogie zum Fingernagelwachstum gilt nur für die langsamsten Platten und unterschätzt die Bedeutung der Bewegung).

Die Plattenbewegung ist schnell genug, dass eine Kontinentkollision finanzielles und politisches Chaos verursachen kann, während Rifting Familien trennen oder eine Art von ihrer Nahrungsquelle trennen kann.

Ozeane sind für die ozeanische Kruste verantwortlich (anstatt näher an der anderen Seite zu sein).

Kontinentale "Regale" ähneln Regalen in Häusern, erstrecken sich über den Rand des Kontinents und können brechen und zusammenbrechen, um Tsunamis zu bilden (der Tsunami am zweiten Weihnachtstag war also auf den Zusammenbruch des Regals zurückzuführen).

Der Rand eines Kontinents ist dasselbe wie eine Plattengrenze.

Im Laufe der Zeit hat sich das Verhältnis von ozeanischen zu kontinentalen Gebieten nicht signifikant verändert (die Idee der Stasis ist ein weit verbreitetes Missverständnis, aber dies war auch Teil von Lyells ursprünglichem Konzept).

Abgesehen von Unterschieden aufgrund von Veränderungen des Eisvolumens ist der Meeresspiegel im Laufe der Zeit relativ konstant geblieben (Erkennung des Einflusses der Plattengeschwindigkeit auf den Meeresspiegel erst vor relativ kurzer Zeit von Geologen erkannt).

Ein Plattenbegrenzungstyp ist dasselbe wie eine Platte. Beispielsweise muss eine Platte divergent oder konvergent sein.


Programm für Weltraumgeodäsie

Im 19. und frühen 20. Jahrhundert untersuchten mehrere Geologen die Idee, dass sich die Kontinente über die Erdoberfläche bewegt haben könnten. Sie alle wurden von der bemerkenswerten Übereinstimmung zwischen den Atlantikküsten Afrikas und Südamerikas inspiriert. Die Hypothese der Kontinentalverschiebung wurde weitgehend von dem Deutschen Alfred L. Wegener, einem Dozenten für Astronomie und Meteorologie, entwickelt, der darauf hinwies, dass die Kontinente der Erde einst zu zwei Superkontinenten verbunden waren. Im Jahr 1912 machte Wegener den Vorschlag, dass alle Kontinente zuvor ein großer Kontinent waren, dann aber auseinanderbrachen und durch den Meeresboden dahin getrieben wurden, wo sie sich heute befinden. Neben dem bereits erwähnten Fit der beiden Kontinente nutzte Wegener auch die Fossilienverteilung und die lithologische Ähnlichkeit als Beweise. Wegener wurde am 1. November 1880 in Berlin als jüngstes Kind eines evangelischen Predigers geboren. Als Teenager hatte er ein starkes Interesse an den Geowissenschaften entwickelt. Er studierte Astronomie an der Universität Berlin, wo er 1904 promovierte. Wegener zeigte ein Talent, komplexe Sachverhalte mit großer Leichtigkeit darzulegen. Zusammen mit der Kraft seiner Persönlichkeit löste die Klarheit von Wegeners Vision große Begeisterung und Loyalität bei seinen Schülern aus.

Natürlich wurde die "Drift"-Theorie von Wegeners Kollegen nicht sofort akzeptiert, da es in der Welt der Wissenschaft schwierig ist, akzeptierte oder etablierte Doktrinen oder Ansichten zu ändern. Zu dieser Zeit herrschten zwei andere Standpunkte vor. Diejenigen, die glaubten, dass die Kontinente und Becken seit ihrer Entstehung in ihrer Position und relativen Konfiguration im Wesentlichen unverändert waren, wurden "Permanentisten" genannt. Andere glaubten, dass als Ergebnis der allmählichen Kontraktion der festen Erde der Meeresboden zu trockenem Land wurde und trockenes Land wiederum zu Meeresboden. Diese Wissenschaftler wurden "Kontraktionisten" genannt.

Wegener studierte die Verbreitung von Tieren und fossilen Landpflanzen, um ihm bei seinen Interpretationen zu helfen. Wegener stellte fest, dass die Pflanze Glossopteris hatte Blattreste hinterlassen, die auf den Kontinenten der südlichen Hemisphäre relativ häufig waren. Dies unterstützte seine Hypothese, da Wegener argumentierte, dass um Glossopteris Blätter in den weit auseinander liegenden Kontinenten der südlichen Hemisphäre zu finden sind, müssen die Kontinente einmal verbunden gewesen sein. Mit diesen Beweisen verband er alle südlichen Kontinente zusammen mit Indien zu einem Superkontinent, den er nannte Pangäa.

Die Spaltung von Pangaea

Wegener untersuchte auch die Verteilung wichtiger geologischer Körper, wie kristalliner Grundgebirge (Gesteine ​​und kontinentale Kruste) und Mineralablagerungen. Er fand heraus, dass die durch Kartenschätzungen vorhergesagte Anpassung durch die Ausrichtung geologischer Komplexe auf beiden Seiten des Atlantischen Ozeans bestätigt wurde. Als er beispielsweise Afrika und Südamerika entlang ihrer Kontinentalschelfs zusammenfügte, stellte er fest, dass große Blöcke aus altem Gestein, die Kratonen genannt wurden, zusammenhängende Muster entlang der Trennlinie bildeten. Die Berge, die sich von Ost nach West über Südafrika erstrecken, schienen sich mit der Gebirgskette bei Buenos Aires in Argentinien zu verbinden. Die markanten Gesteinsschichten des Karoo-Systems in Südafrika, die aus Sandstein-, Schiefer- und Tonschichten bestehen, die mit Kohleflözen durchzogen sind, waren identisch mit denen des Santa Catarina-Systems in Brasilien.

Südafrikas Beitrag

Wegeners überzeugendste und enthusiastischste Unterstützung kam von einem südafrikanischen Geologen, Alexander Du Toit. Südafrikanische Wissenschaftler standen der Idee der Kontinentalverschiebung aus einem einfachen Grund viel positiver gegenüber: Um sie herum konnten sie eine Fülle von geologischen Phänomenen beobachten, die denen der anderen Kontinente der südlichen Hemisphäre sehr ähnelten. Du Toit verbrachte fünf Monate in Brasilien, Uruguay und Argentinien, um Beweise zu sammeln. Es fiel ihm schwer zu glauben, dass er sich auf einem anderen Kontinent befand, da er nicht nur dieselben Pflanzen- und Tierfossilien fand, die er zu Hause kannte, sondern er fand sie auch in derselben komplexen Abfolge, Schicht für Schicht in das Gestein eingebettet. Du Toit war überzeugt, einen schlüssigen Beweis dafür gefunden zu haben, dass die Kontinente einst verbunden waren. In einem Wegener gewidmeten Buch mit dem Titel Unsere wandernden Kontinente, schlug Du Toit eine vorherige Konfiguration für die Kontinente vor, die sich von Wegeners unterschied.

Anstelle eines einfachen Superkontinents rekonstruierte Du Toit die Kontinente am Südpol und gruppierte die nördlichen Kontinente in der Nähe des Äquators. Er nannte seinen südlichen Superkontinent Gondwanaland und die nördliche Landmasse Laurasia. Er widmete den größten Teil seines Buches Gondwanaland und als Beweis für seine Existenz lieferte er eine beeindruckende Menge von Daten, die weitaus detaillierter waren als alles, was Wegener versucht hatte.

Alexander Du Toits Karte von zwei alten Superkontinenten

War das den akademischen Kritikern gut genug? Nein. Du Toits extravaganter Schreibstil schmerzte die Kritiker. Er schrieb zum Beispiel „das verblüffende Schauspiel der gegenwärtigen kontinentalen Massen, fest verankert auf einem plastischen Fundament, aber dennoch im Raum fixiert, Tausende von Kilometern voneinander entfernt, mag es sein, sich jedoch von Epoche zu Epoche und Bühne zu Bühne fast identisch verhalten“ Soldaten bei einer Übung, die in einigen Vierteln zu verschiedenen Zeiten weit gestreckt und in anderen erstaunlich komprimiert wurden, wobei sie ihre allgemeinen Formen, Positionen und Ausrichtungen im Laufe der Geschichte weit voneinander entfernt behielten, und dennoch in ihren fossilen Überresten gemeinsame oder verwandte Formen des terrestrischen Lebens zeigen, die während bestimmter Klimaepochen, die von eiszeitlich bis heiß oder pluvial bis trocken reichen können, wenn auch im Gegensatz zu meteorologischen Prinzipien, wenn man ihre bestehenden geographischen Positionen betrachtet - um nur einige solcher Paradoxe zu nennen!" Du Toits Überdramatisierung gelang es nur, den Wert von seine wesentlichen Beiträge zur Beweisführung. „Das“, schniefte ein akademischer Kritiker, „ist die bunte Sprache eines Pamphletisten.“

Wie die Kritiker bekehrt wurden

Die Entdeckung des Paläomagnetismus und die Entwicklung der Ozeanographie war ein notwendiger Schritt in der Entwicklung der Wissenschaft, auf den die Theorien von Wegener und Du Toit warteten.

Paläomagnetismus

Der Paläomagnetismus basiert auf dem Prinzip, dass sich in geschmolzenen magmatischen Gesteinen oder unlithifizierten Sedimenten magnetische Partikel mit dem Magnetfeld der Erde ausrichten. Diese magnetische Aufzeichnung wird in den Gesteinen gespeichert, wenn sie abkühlen, und in den Sedimenten, wenn sie lithifiziert werden. Die Abweichungen in der Ausrichtung dieser paläomagnetischen Partikel von der aktuellen Richtung des Erdmagnetfelds zeigen, dass sich die Kontinente verschoben haben. Der britische Physiker Patrick Blackett, der 1948 den Nobelpreis für seine Arbeiten in Kernphysik und kosmischer Strahlung erhalten hatte, entwickelte ein empfindliches Gerät namens astatisches Magnetometer. Mit dieser Ausrüstung war es erstmals möglich, die Ausrichtung extrem schwacher Magnetfelder zu erkennen. Dies ermöglichte es den Forschern, paläomagnetische Untersuchungen von Gesteinsarten durchzuführen, deren Magnetismus mit früheren Geräten nicht erkannt werden konnte.

Ozeanographie

In den 1960er Jahren entdeckten die beiden Cambridge-Wissenschaftler Drummond Matthews und Fred Vine, dass es auf beiden Seiten des Mittelatlantischen Rückens eine Reihe linearer magnetischer Anomalien gab. Streifen der Meereskruste hatten wechselnde magnetische Orientierungen. Diese Beobachtungen wurden mit einem Modell zur Ausbreitung des Meeresbodens erklärt, bei dem sich entlang der Mittelozeanischen Rücken neue ozeanische Kruste bildet, wenn sich die beiden Hälften eines Ozeans auseinander bewegen.

Aus diesen einfachen Beobachtungen ist die Theorie von PLATTENTEKTONIK entwickelt.

Nach dem plattentektonischen Modell besteht die Erdoberfläche aus einer Reihe relativ dünner, aber starrer Platten, die sich in ständiger Bewegung befinden. Die Oberflächenschicht jeder Platte besteht aus ozeanischer Kruste, kontinentaler Kruste oder einer Kombination aus beiden. Der untere Teil besteht aus der starren oberen Schicht des Erdmantels. Die starren Platten gehen allmählich nach unten in die plastische (weiche) Schicht des Mantels, die Astenosphäre, über. Die Platten können bis zu 70 km dick sein, wenn sie aus ozeanischer Kruste bestehen oder 150 km mit kontinentaler Kruste. Platten bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die afrikanische Platte bewegt sich etwa 25 mm pro Jahr, während sich die australische Platte etwa 60 mm pro Jahr bewegt.

Die meisten tektonischen, seismischen und vulkanischen Aktivitäten der Erde treten an den Grenzen benachbarter Platten auf. Es gibt drei Arten von Plattengrenzen: divergente, konvergente und transformierte Grenzen.

Abweichende Plattenränder

An dieser Art von Grenze bildet sich im Spalt zwischen zwei divergierenden Platten neue ozeanische Kruste. Die Plattenfläche wird vergrößert, wenn sich die Platten auseinander bewegen. Die Plattenbewegung erfolgt seitlich weg von der Plattengrenze, die normalerweise durch eine Erhebung oder einen Grat gekennzeichnet ist. Der Grat oder die Erhebung kann durch einen Transformationsfehler versetzt sein. Gegenwärtig treten die meisten divergenten Ränder entlang der zentralen Zone der wichtigsten Ozeanbecken der Welt auf. Der Vorgang, bei dem sich die Platten auseinander bewegen, wird als . bezeichnet Meeresboden ausbreiten. Der Mid-Atlantic Ridge und der East Pacific Rise bieten gute Beispiele für diese Art von Plattenrand.

Das Mittelatlantische Rückensystem

Konvergente Plattengrenzen

An einer konvergenten Grenze befinden sich zwei Platten in einer Relativbewegung zueinander. Eine der beiden Platten gleitet in einem Winkel von etwa 45 Grad unter die andere und ist entlang a . in den Erdmantel eingearbeitet Subduktionszone. Der Weg dieser absteigenden Platte kann aus der Analyse von tiefen Erdbeben gefunden werden und der Ausgangspunkt des Abstiegs ist an der Oberfläche durch eine Tiefe markiert Ozeangraben . Die Plattenfläche wird entlang der Subduktionszone reduziert. Wenn zwei Platten ozeanischer Kruste kollidieren Vulkaninsel arc bilden kann. Wenn eine der Platten unter die andere subduziert wird, beginnt sie in einer Tiefe zwischen 90 und 150 km zu schmelzen und das resultierende Magma steigt über der Subduktionszone an die Oberfläche und bildet eine Kette oder einen Bogen von Vulkanen. Der nicht abfallende Plattenrand ist daher durch eine Kette von Vulkaninseln gekennzeichnet.

Konservative oder transformierende Margen

Das San-Andreas-Verwerfungssystem ist das bekannteste Beispiel für diese Art von Grenze. Hier bewegen sich zwei Platten seitlich aneinander vorbei und ozeanische Kruste wird weder erzeugt noch zerstört.

    Die Geschwindigkeit, mit der sich jede Platte von einem divergenten Rand wegbewegt, variiert von weniger als 50 mm pro Jahr bis über 90 mm pro Jahr und kann aus dem Muster der magnetischen Anomalien auf beiden Seiten eines sich ausbreitenden Rückens bestimmt werden. Auf beiden Seiten eines Ausbreitungszentrums können schwache magnetische Anomalien von 5 bis 50 km Breite und Hunderte von Kilometern Länge identifiziert werden. geschmolzenes Gestein kühlt sich zwischen divergierenden Platten ab und die vorhandenen magnetischen Mineralien richten sich nach der Ausrichtung des Erdmagnetfelds zu dieser Zeit aus. Die Polarität der Erde hat sich im Laufe der geologischen Zeit in regelmäßigen Abständen geändert. Der magnetische Norden hat sich zwischen der Arktis (normale Polarität) und der Antarktis (umgekehrte Polarität) abgewechselt. Infolgedessen haben Krustenabschnitte, die während einer Periode normaler Polarität gebildet wurden, einen paläomagnetischen Rest, der auf den heutigen magnetischen Norden ausgerichtet ist, während ein Krustenabschnitt, der während einer Periode mit umgekehrter Polarität gebildet wurde, dies nicht tut. Diese langen linearen Streifen magnetischer Anomalien bilden ein symmetrisches Muster zu beiden Seiten eines Ausbreitungszentrums. Eine Aufzeichnung der Änderungen der magnetischen Polarität der Erde wurde für das Känozoikum erstellt und datiert und ist die Grundlage für die Magnetostratigraphie. Diese Aufzeichnung ermöglicht in Verbindung mit den Magnetstreifen auf beiden Seiten eines sich ausbreitenden Rückens die Untersuchung der Geschwindigkeit und des Musters der Ausbreitung des Meeresbodens.

Was bewegt Platten?

Diese Frage muss noch vollständig geklärt werden. Vier Haupthypothesen wurden aufgestellt, um dies zu erklären.

Konvektionsströme

Diese Hypothese legt nahe, dass die Strömung im Mantel durch Konvektionsströme die die Lithosphärenplatten über die Astenosphäre ziehen und bewegen. Konvektionsströme steigen und breiten sich unterhalb der divergenten Plattengrenzen aus und konvergieren und sinken entlang der Konvergenz. Drei Wärmequellen erzeugen die Konvektionsströme:

(1) cooling of the Earth's core

(2) radioactivity within the mantle and crust

The convection hypothesis has been proposed in several different forms throughout the last 60 years. Convective models of plate evolution clearly show how important convective heat transport is to the modern Earth, over length scales as small as 100 km and times of 60 million years. Earth is a spendthrift, living on its inherited capital of primaeval heat, not on its radiogenic modern income.

Magma injection This hypothesis invokes the injection of magma at a spreading centre pushing plates apart and thereby causing plate movement.

Gravity Oceanic lithosphere thickens as it moves away from a spreading centre and cools, a configurationwhich might tend to induce plates to slide under the force of gravity, from a divergent margin towards a convergent margin.

Descending plates This hypothesis suggests that a cold dense plate descending into the mantle at a subduction zone may pull the rest of the plate with it and thus cause plate motion.

To summarize, the plate tectonic model provides a mechanism by which:

(1) continents can move across the surface of the globe

(2) patterns of volcanism can change and shift across the globe as plates and their boundaries evolve and move

(3) new oceans may grow and different sedimentary basins evolve

(4) oceans and sedimentary basins close and are deformed to produce mountains

Do measurements using VLBI, SLR and GPS support the findings from paleomagnetism ?

Yes, it does.

Geodetic data from VLBI, SLR and GPS indicate that plate velocities as measured over the last 15 years nearly equal those averaged over the past 3 million years.


Introduction to Plate Tectonics Continental Drift - PowerPoint PPT Presentation

May occur under oceanic or continental crust . Low density continental crust is not subducted, but may partially underlie the . &ndash PowerPoint PPT presentation

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Introduction to Plate Tectonics with Google Earth

Plate tectonics is a unifying framework for understanding the dynamic geology of the Earth. The theory posits that the outermost layers of the Earth (the crust and uppermost mantle) make up the brittle lithosphere of the Earth. The lithosphere is broken up into a number of thin plates, which move on top of the asthenosphere (middle mantle). The asthenosphere is solid, but flows plastically over geologic time scales. Plate interiors are relatively stable, and most of the tectonic action (earthquakes, volcanism) takes place where plates meet – where they collide at convergent boundaries, move away from one another at divergent boundaries, or slide past one another at transform boundaries.

Reconstructions of the Earth’s tectonic plate locations through time are available, for example, at:

http://www.scotese.com/newpage13.htm (Links to an external site.)
http://www.ucmp.berkeley.edu/geology/tectonics.html (Links to an external site.)

But how do we define plates and plate boundaries? On what are plate reconstructions and animations based? How do we know plates are moving, how can we track their positions in the past, and how can we predict their positions in the future?

To answer these questions, this assignment guides you through an examination of patterns on Earth – the topography of the earth’s surface above sea level, the bathymetry of the ocean floor below sea level, and the distribution of earthquakes and volcanic rock ages. These patterns reveal plate boundaries, just as they did for geologists first developing plate tectonic theory in the 1960s. You’ll then use geologic data to determine long-term average plate motions, to predict how our dynamic planet will change in the future.

To do this, you’ll use the program Google Earth, and Google Earth layers compiled from various sources.

A. Getting started with Google Earth

On your computer, install the latest version of Google Earth Pro from https://www.google.com/earth/versions/ (Links to an external site.)

Once installed, open Google Earth, under the Tools/Options/3D View/ menu on a PC, or under the Preferences/3D View menu on a Mac, choose the “Decimal Degrees” and “Meters Kilometers” options and makes sure the “Use High Quality Terrain” box is checked.

Open the View menu. Go ahead and experiment with the options, but in general you should just have the Tool Bar, Side Bar and Status Bar checked. Also, on the View menu, hover over Navigation and you will see several options for the compass arrow and slide bars in the upper right corner of the Google Earth screen.

“Automatically” is a good choice as it leaves a ghost of the image visible until you hover over it.

Load the DynamicEarth.kmz file from into Google Earth Pro. It is located at https://serc.carleton.edu/sp/library/google_earth/examples/49004.html (Links to an external site.) and is the top file in the “Description and Teaching Materials” list. You should be able to double-click on the filename and it will open. Or, you can download the file onto your computer first, and then open it in Google Earth Pro by using File/Open and navigating to the file.

Once the DynamicEarth.kmz is loaded, click and drag to move it from “Temporary Places” to “My Places.” Then save “My Places” by clicking File/Save/Save My Places. DynamicEarth.kmz will now be available every time you open Google Earth Pro on your computer.

When you exit, Google Earth Pro should save “My Places” for the next time.

But you should manually save “My Places” whenever you make significant changes to it, as Google Earth Pro does not autosave during a session.
You now have an interactive view of the Earth! Take some time to explore the Earth with Google Earth and figure out how the navigation works using the keyboard, your touch pad, your mouse. Beispielsweise:

Zoom in and out, move N, S, E, W, grab and spin the globe, etc. The resolution will change as you zoom. Clicking on the “N” of the navigation compass reorients the view so north is “up.”

At top left, “search” (and fly to) any place of interest. Zoom in and click on the “street view” icon (orange stick figure under the compass at top right) to explore an area as if you were on foot

Zoom in to see individual buildings, roads, cars, etc.

Go 3D – zoom into a significant topographic feature (e.g. Mount Everest, the Grand Canyon, Niagara Falls). Hold the Shift key down and tilt the terrain using the Up/Down arrows to tilt the terrain, and spin the terrain using the Right/Left buttons. Do the same thing for topographic features on the ocean floor. Note that under Tools/Options/3D View you can increase the vertical exaggeration by up to 3x. This is useful to emphasize subtle features, but is pretty scary when you look at the Grand Canyon that way!

On the Google Earth tool bar, click the clock-with-an-arrow icon to explore historical imagery in an area of interest (views through time of your favorite city, for example)

By clicking and dragging, you can move things that you have found and want to save, from the “Search” menu into “My Places.” You can also re-organize “My Places” by adding and deleting items, changing the order of things, making subfolders, etc.

Explore the built-in items under the Layers menu at bottom left, and Dynamic Earth layers in your Places menu.

Expand and contract the folders and subfolders, turn various items on and off, etc. For example, with the Dynamic Earth/Volcanoes of the World layer displayed, right-clicking on a volcano (double-clicking with a Mac) brings up an information box about it.

B. Topographic Patterns
Uncheck all of the layers and focus on topographic features of the Earth.

Topography of the earth ABOVE sea level

Are mountains randomly distributed on the continents, or do they tend to occur in particular patterns (clusters, linear chains, arcs, etc.)?
Find Mt. Everest, the highest point on earth. Zoom in enough to see the summit, then pan your cursor around to locate the highest point (elevations shows up in the status bar at the bottom, as long as View/Status Bar is selected). The elevation of Mt. Everest is how many meters?
Topography of the earth BELOW sea level

We are all relatively familiar with the topography of the Earth’s surface above sea level, but less so with the bathymetry of the Earth below sea level. Before this was known, most people assumed that the seafloor was relatively flat and featureless, and personal experience with lakes and rivers suggested that the deepest part would be in the middle. Actual mapping of the sea floor, however, showed some surprises.

Such mapping began in the 1930’s but accelerated during World War II with the advent of submarine warfare. Princeton Geosciences Professor Harry Hess played a pivotal role as captain of the USS Cape Johnson he used the ship’s echo-sounder to “ping” the seafloor and measure depth as the ship traversed the Pacific Ocean between battles. After the war, this data led him to propose seafloor spreading, a process crucial to the development of the theory of plate tectonics.

Modern methods to measure bathymetry include multi-beam echo sounders that map a wide swath of seafloor, and satellite measurement of variations in sea level due to variations in gravitational pull over bathymetric features – sea level is slightly lower over low spots on the sea floor and slightly higher over high spots.

On Google Earth, the bathymetry is shown in shades of blue: the darker the blue, the greater the depth. You can get Google Earth Pro to draw topographic profiles by a) using the “Add Path” tool to draw a path across a region of interest b) saving that path to My Places and c) right-clicking on the path in My Places and choosing “Show Elevation Profile.”

In order to see a bathymetric profile of the sea floor, (as opposed to a topographic profile on land), there is one more important step to take. In the information box for the path you create, click on “Altitude”, and then choose “clamped to the sea floor” instead of “clamped to the ground”. Otherwise your profile will simply show you a flat line for the sea surface.

Examine the Atlantic Ocean between North/South America and Eurasia/Africa. Note that the deepest part is not the middle instead, an underwater mountain range runs down the middle of the ocean.
Shore of South America leads to the Atlantic Ocean which ends at the shore of Africa.

Features like this are called mid-ocean ridges or spreading ridges (more on the “spreading” later in this lab). Zoom in enough to see that although the ridge is a topographic high, it also has a valley (the “rift valley”) running along the middle of it. In the space below, complete the topographic profile of the Atlantic Ocean floor between South America and Africa. Take a digital photograph of your sketch to including in your lab report.

Scan around to see the ocean ridges in the Indian, Pacific and Southern Oceans.

Pacific Ocean leads up to the South American shoreline.
If the earth’s lowest spots aren’t in the middle of the ocean, where are they? Focus on the west coast of South America, and in the space below complete the topographic profile of the Pacific Ocean floor from South America westward about 600 miles (1000 km). Take a digital photograph of your sketch to including in your lab report.

The deep linear features, the lowest points on Earth, are called ocean trenches.
Using Google Earth, “fly to” Challenger Deep, the deepest place on Earth (once Google Earth gets you there, you may have to zoom out to see where you are). Where is it?

Challenger Deep reaches 11 km (11,000 meters, equivalent to 36,000 ft) below sea level. Which is greater, the elevation of Mt Everest above sea level (see Question 3), or the depth of Challenger Deep below sea level, and by how much?
In the space below, give the locations of three other ocean trenches on Earth.

C. Seismic Patterns
An earthquake is a vibration of Earth caused by the sudden release of energy, usually as an abrupt breaking of rock along planar fractures called faults.

Earthquakes originate at a point called the focus (or hypocenter) which is not at the surface of the earth, but instead at some depth within the earth. The epicenter of an earthquake is the point directly above the focus on either the land surface or seafloor the depth of an earthquake has nothing to do with water depth, but instead is the depth in the solid earth from epicenter to focus.

Only rocks that are cold and brittle (the earth’s lithosphere) can be broken in earthquakes. Rocks that are hot and ductile will stretch and deform slowly over time without breaking (the earth’s asthenosphere) – and thus do not produce earthquakes. So observing where earthquakes occur, both horizontally and with depth, tells us something about where stress is concentrated, and also about the material properties of the earth.
Representation of two faults shifting. Where the slip happens underground is the focus. Where the slip occurs on the surface is the epicenter.

(Source: https://www.windows2universe.org/earth/geology/quake_1.html (Links to an external site.))

Expand the Dynamic EarthSeismicity item and click “on” the “Twenty years of large earthquakes” layer to show the epicenters of large earthquakes (those with magnitudes = 6.0) during a 20-year period.

Describe any patterns you see in the distribution of earthquake epicenters over the Earth’s surface – do they form lines, arcs, circles or clusters? Are patterns connected or disconnected?

Look closely at and around the Earth’s ridges and trenches. The earthquake depth patterns associated with these features are different. Complete the chart below:
In the vicinity of ridges.
(Scan 1500km or so on either side) In the vicinity of trenches.
(Scan

1500 or so km on either side)

Describe the depth or range of depths of earthquakes, and the distribution (symmetric or asymmetric?)

Is there any pattern to the depth distribution?

Using earthquake depths as evidence, is the Earth’s lithosphere thicker in the vicinity of ridges or in the vicinity of trenches? Justify your answer.
D. Volcano Patterns
A volcano is an opening in the Earth’s surface through which melted rock (magma), volcanic ash and/or gases escape from the interior of the Earth.

Leaving the earthquake layer on, click on the Active Volcanoes layer. Describe the relationship between the locations of most active volcanoes and locations of earthquakes:
E. Plate Boundaries

The theory of plate tectonics holds that the Earth’s lithosphere is broken into a finite number of jigsaw puzzle-like pieces, or plates, which more relative to one another over a plastically-deforming (but still solid) asthenosphere. The boundaries between plates are marked by active tectonic features such as earthquakes, volcanoes, and mountain ranges and there is (relatively) little tectonic activity in the middle of plates.

Unclick all the layers, and then click on the “plate boundary model” layer (click the box to show it and then click the + or arrow to expand the legend). This shows plate boundaries and the names of major plates.

Find the boundary between the African and South American plates

Where is this plate boundary, relative to the coastlines of Africa and South America?

Now click the other layers on and off so that you can see relationships between plate boundaries and these features. If you did not have the “plate boundary layer” available to you, how could you determine where this plate boundary was? Be sure to consider topography/bathymetry as well as the earthquake and volcano layers. List several ways and be specific.
Travel westward across the South American plate to its boundary with the Nazca plate

Where is this plate boundary, relative to South America?
If you did not have the “plate boundary layer” available to you, how could you determine where this plate boundary was? List several ways and be specific.
F. Plate motion

Motion across the mid-Atlantic ridge: the South American plate vs. the African plate

Turn on the “Seafloor age” and the “Plate Boundary” Google Earth (GE) layers. The “Seafloor age” layer shows the ages of volcanic rocks that have erupted and cooled to form the ocean floor. Focus on the Atlantic Ocean. Note that the age bands generally run parallel to the spreading ridges. Seafloor age is a critical piece of evidence for plate tectonics these are used to reconstruct how ocean basins have developed over time and predict how they may evolve in the future.

How many million years (abbreviated Ma) does each colored band represent?

On average, continental crust is 2 billion years old the oldest rocks are 3.8 billion years old, and some of the grains in those rocks are even older.

What is the age of the oldest seafloor? _______________________________

On average, which is oldest – the continents or the ocean basins? _________________

Find the South American plate, the African plate, and the Mid-Atlantic Ridge that marks the boundary between them. What happens to the age of the seafloor as distance increases away from the Mid-Atlantic Ridge?

Is crust being created or destroyed at this plate boundary (and other spreading ridges)?

Is this plate boundary divergent, convergent, or transform? ________________

Focus on the northern Atlantic Ocean, near the east coast of the US and the northwest coast of Africa. How long ago did the northern Atlantic Ocean begin to open up or start spreading? Describe your reasoning.

Did the northern Atlantic Ocean basin start to open at the same time as the southern Atlantic Ocean basin? How much older or younger is the northern Atlantic basin than the southern Atlantic basin? Describe your reasoning.
G. Putting it all together:

Prepare a report documenting this lab activity. Your report should discuss how plate tectonic theory relates to earthquakes, volcanoes, and the bathymetry (sea floor topography) of oceans. Along the way, include answers to all of the questions in this lab. Your paper should be accompanied by the two drawings of your ocean floor profile sketches in questions 3 and 4. Your paper should be well organized and written in flowing paragraph form, instead of just a numbered list of questions and answers. Use APA format, according to the CSU Global Writing Center (Links to an external site.) including a title page, and citing and referencing any sources that you use to support your work, apart from this lab sheet.


Kiyoo Wadati

Kiyoo Wadati (1902-1995) was a Japanese seismologist who presented convincing evidence of deep earthquakes (>300km). He discovered what is today known as the Wadati-Benioff Zone, a region of intermediate and deep earthquake zones along oceanic trenches, which became the foundation for the plate tectonics hypothesis. Wadati graduated from the Institute of Physics, Imperial University of Tokyo. He subsequently worked at Central Meteorological Observatory during which time he discovered deep earthquakes.

Specific contributions to plate tectonic theory / solid Earth geophysics

Kiyoo Wadati hypothesized that earthquakes in Japan were a result of plate motion. His early research compared time curve data for the arrival of P and S waves of two earthquakes with close epicenters. The calculations demonstrated that one earthquake occurred at a depth of 30 km, while the other occurred at a depth of greater than 300 km. Wadati compiled evidence of more than a dozen earthquakes between 1924 and 1927 in the Honshu region that occurred at the same depth range. Wadati plotted data that demonstrated an inclined intermediate and deep earthquake zone near the oceanic trench dipping toward the Asiatic continent northwestward and the Philippine Sea westward. The intermediate and deep earthquake zone was named the Wadati-Bennioff zone after Hugo Benioff demonstrated that the zone existed in each area in the circumpacific region. His observations that deep earthquakes occured provided integral support for the theory of plate tectonics.

Later in his career, Wadati plotted data for ground motion at seismic stations. He demonstrated that curves were sharper according to the magnitude of the quake. Wadati attempted to use this method to estimate the magnitu de of destructiveness of earthquakes. Charles Richter later created the Richter scale based on Wadati’s methods.

Diagram of Wadati-Benioff zone from the U.S. Geological Survey (obtained from Wikipedia.com June 10th, 2011)

Other interesting scientific contributions

Wadati studied ground subsidence while director of Osaka District Meteorological Observatory. He discovered the relationship between ground water levels, consolidation of mudstone, and subsidence in the Osaka area. His research was valued in the recovery of Japan after World War II when industrial growth contributed to increases in ground subsidence.

Other cool stuff you should know

Wadati was placed on the retired list of the Central Meteorological Society for 1929-1931 because he was ill with tuberculosis. He was director general of the Japan Meteorological Society from 1956 until he retired due to an age limit in 1967.

Bibliography

Frolich, Cliff. “Kiyoo Wadati and Early Research on Deep Focus Earthquakes'

Introduction to Special Section on Deep and Intermediate Focus Earthquakes”. Journal of Geophysical Research, Vol. 92, No. B13, pp. 13,777-13,788, 1987


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