Tektoniek

ZieTecktonikvoor het artikel over de, in de jaren 00 opgekomen, dansstijl.

DeSan Andreas FaultinCaliforniëis het gevolg van tektonischezijschuiving.

Tektoniek(van hetGriekstektonikós:bouwwerk) is het geheel aan bewegingen envervormingen(zoalsbreukenenplooien) in het vaste oppervlak van eenplaneet(dekorst). De term wordt ook gebruikt voor hetvakgebiedbinnen degeologiedat dit proces bestudeert.

Tektoniek bestudeert de processen, mechanismen en krachten die geleid hebben tot vervormingen in de korst. De bestudering van de vervormingen zelf valt onder destructurele geologie.De natuurkundige achtergrond van tektoniek wordt bestudeerd door decontinuümmechanica.

Sinds dejaren zestigworden opAardede meeste tektonische verschijnselen verklaard met de theorie van deplatentektoniek.Op andere hemellichamen in hetzonnestelselkomt dit niet voor en worden vervormingen van de planeetkorst met andere mechanismen verklaard.

Mechanische achtergrond

Ziecontinuümmechanicavoor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Tektonische processen zijn altijd het gevolg vanmechanische spanningenin de korst. Spanning leidt tot dedeformatievan het materiaal waar de spanning op werkt. In een planeetkorst kan deformatie zowelbros(discontinu) alsductiel/plastischvan karakter zijn, afhankelijk van materiaaleigenschappen en dedrukentemperatuurwaaronder het materiaal zich bevindt.

Er kunnen twee typen spanning onderscheiden worden:rekspanningencompressieve spanning.De eerste leidt totuitrekkingvan materiaal, de tweede totcompressievan materiaal.

In de korst van een planeet kunnen op veel manieren mechanische spanningen ontstaan. Hieronder staan een aantal processen die voor spanningen kunnen zorgen. De meeste van deze processen hebben betrekking op de Aarde, maar werken ook op sommige andereterrestrische planeten.

Experimenteledeformatiein zandlaagjes doorcompressie.Er zijn zoweloverschuivingenalsplooiente zien.

Tektonische regimes

Als gevolg van opgewekte mechanische spanningen kunnen drie soorten tektonische regimes in de korst voorkomen:

• Bij compressieve spanning zal sprake zijn vanoverschuivingstektoniek.De korst beweegt naar elkaar toe enverdiktin zulke gebieden. Er ontstaanplooienenopschuivingen.Dit leidt totgebergtevorming.
• Bij rekspanning zal sprake zijn vanextensietektoniek.De korst beweegt uit elkaar enverduntin zulke gebieden. Er ontstaanafschuivingenenslenken.Uiteindelijk kunnenriftenontstaan.
• Bijschuifspanningzal sprake zijn vanzijspanningstektoniek.De korst beweegt "langs elkaar". Er ontstaanzijschuivingenen zogenaamdepull apart basins.Voorbeelden zijn deDode Zeeof hetBaikalmeer.

Platentektoniek

Zieplatentektoniekvoor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Schematische voorstelling vanplatentektoniek.Convectiestromingin deaardmanteldrijft bewegingen vantektonische platenin delithosfeeraan.

In de Aarde ontstaan tektonische spanningen vooral door een proces dat platentektoniek genoemd wordt. De Aarde kan op grond van natuurkundige eigenschappen verdeeld worden in een aantal lagen. De buitenste laag is delithosfeer,die behalve de korst ook eendeel van de mantelbeslaat. De lithosfeer is relatief koud en heeft daardoor een relatief hoge weerstand tegen deformatie. Onder de lithosfeer bevindt zich deasthenosfeer,een warme, makkelijk deformeerbare laag. De grens tussen de lithosfeer en de asthenosfeer is het vlak (deisotherm) waar de temperatuur precies 1350°Cis. De asthenosfeer deformeert ( "stroomt" ) makkelijk, zodat ze op grote schaal mechanisch als een vloeistof kan worden beschouwd.

In de Aarde werken vanwegeconvectiestromingin de asthenosfeer krachten op de lithosfeer. Deze zorgen ervoor dat stukken lithosfeer, dietektonische platengenoemd worden, ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. De beweging van deze platen vormt op Aarde de belangrijkste factor die het tektonische regime bepaalt. Waar twee platen naar elkaar bewegen heerst compressieve spanning in de lithosfeer; waar twee platen uit elkaar bewegen rekspanning. Als twee platen langs elkaar bewegen zal dit voorschuifspanningzorgen.

Divergente plaatgrenzen

Waar twee platen uit elkaar bewegen spreekt men van eendivergente plaatgrens.Op zulke plekken heersen rekspanningen in de lithosfeer, die voor extensietektoniek zorgen. De lithosfeer wordt hier dunner, zodat de hete asthenosfeer minder diep ligt. Wanneer de verdunning lang genoeg doorgaat kan de asthenosfeer aan het oppervlak komen om daar te stollen als nieuwe lithosfeer. Zo groeien de tektonische platen aan weerszijden van een convergente plaatsgrens aan. Dit proces wordtspreidinggenoemd.

Convergente plaatgrenzen

Plekken waar twee platen naar elkaar toe bewegen wordenconvergente plaatgrenzengenoemd. Hier heerst compressiespanning in de lithosfeer en zal overschuivingstektoniek plaatsvinden. Op sommige plekken beweegt een plaat onder de andere, om vervolgens in de aardmantel te zinken. Deze plekken wordensubductiezonesgenoemd en het de mantel in bewegen van een plaat heetsubductie.

Langs een subductiezone zal de subducerende plaat naar beneden gedrukt worden en ombuigen als gevolg van deoverrijdende plaat.De depressies die zo ontstaan wordenvoorlandbekkensgenoemd.

Waar de platen tegen elkaar aan bewegen zal de lithosfeer verdikken, een proces datorogenesewordt genoemd. Hierbij ontstaangebergtegordels.

Isostasie

Voor meer informatie, zie het artikelisostasie.

Omdat de Aardse asthenosfeer op grote tijdschaal als een vloeistof kan stromen, geldt voor de bovenliggende lithosfeer het principe van isostasie.

Isostatisch evenwicht wil zeggen dat delithostatische drukvan de gesteentekolom op verschillende plekken gelijk is. In de figuur zijn drie situaties afgebeeld: 1 =gebergteofplateau;2 = volledig gevuldbekken;3 = onvolledig gevuld bekken. De uitgeschreven formules rechts geven de lithostatische druk in de drie situaties, waarbijhde hoogte van een deel van de kolom is,gdezwaartekrachtsversnelling;ρ_Lde dichtheid van de lithosfeer;ρ_Ade dichtheid van de asthenosfeer;ρ_Sde dichtheid van sediment in het bekken;ρ_Wde dichtheid van zeewater enPde lithostatische druk.

Tektonische isostasie

Volgens het principe van isostasie "drijft" de lithosfeer dan wel op de ondergelegen asthenosfeer, maar door verschillen in dikte (Airy-isostasie) ofdichtheid(Prattisostasie) bevindt de asthenosfeer zich niet op alle punten even diep. De diepte van de onderkant van de lithosfeer wordt (wanneer er geen andere krachten werken) bepaald door het isostatisch evenwicht. Dit evenwicht houdt in dat op een willekeurig genomen referentiehoogte de druk, die wordt veroorzaakt door het gewicht van de zich erboven bevindende gesteentekolom (de zogenaamdelithostatische druk), overal gelijk is. Wanneer de lithosfeer dunner wordt, zal opwaartse beweging plaatsvinden; wanneer ze dikker wordt zal ze dieper wegzakken in de asthenosfeer.

Dit dunner worden kan bijvoorbeeld als gevolg van de verwijdering van materiaal aan de bovenkant (denudatie:bijvoorbeeld doorerosie,maar ook door bijvoorbeeld het afsmelten van eenijskap). Door compressie, zoals bij de vorming van gebergten, zal de lithosfeer dikker worden en verder in de asthenosfeer wegzakken. Een voorbeeld van een dichtheidsverschil is het verschil tussencontinentaleenoceanische lithosfeer.Het tweede type is dichter en zal daarom dieper liggen.

Met het principe van isostasie kan bijvoorbeeld berekend worden hoeveel detektonische dalingzal zijn wanneer er een dikke laag sediment wordt afgezet, een ijskap op een continent komt te liggen of door overschuivingen de korst dikker wordt. Op vergelijkbare manier kan worden berekend hoeveel detektonische opheffingvan de bodem zal zijn wanneer er sediment wegerodeert,een ijskap smelt of de korst door afschuivingen dunner wordt. Ook hetzeeniveauheeft invloed: hoe hoger de zeespiegel hoe groter het gewicht van de kolom materiaal die op de asthenosfeer drukt. Natuurlijke processen als erosie,sedimentatie,vergletsjering,klimaatveranderingof veranderingen van het zeeniveau kunnen daarom een grote invloed op tektonische spanningen in de Aarde hebben.

Thermische isostasie

Omdat met de temperatuur van gesteente de dichtheid verandert, kunnen temperatuursveranderingen het isostatisch evenwicht beïnvloeden.

Dewarmtestroomuit het binnenste der Aarde is niet overal gelijk. Op sommige plekken wordt de aardkorst daardoor meer verwarmd dan op andere, en zet daarom uit. Dit kan tot spanningen leiden. Wordt een bepaald deel van de lithosfeer opgewarmd dan zal ze uitzetten en zal de lithosfeer omhoog bewegen om het isostatisch evenwicht te herstellen. De grootste warmte-anomalieën bevinden zich bovendivergente plaatgrenzenen zogenaamdemantelpluimen,de laatsten wordenhotspotsgenoemd. Grootschalig vulkanisme gaat daarom vaak gepaard met tektonische opheffing. Op dezelfde manier zal tektonische daling plaatsvinden wanneer het vulkanisme ten einde is en de lithosfeer weer afkoelt.

Een speciaal geval is de oceanische lithosfeer. Deze wordt gevormd door vulkanisme bij demid-oceanische ruggen,maar zal van de ruggen af steeds kouder worden. Vanwege het isostatisch evenwicht liggen de ruggen hoger dan de rest van oceanische bekkens. De afkoeling van een stuk oceanische lithosfeer zal na de vorming door kunnen gaan totdat de afkoeling gelijk is met de warmtestroom van onderen, uit het binnenste van de Aarde. Uit berekeningen blijkt dat dit het geval is na ongeveer 40 miljoen jaar.

De thermische processen die de isostasie beïnvloeden blijken meestal veel minder snel te verlopen de tektonische. De twee kunnen echter niet los gezien worden. Wanneer de lithosfeer door afschuivingen en bekkenvorming dunner wordt, zal de hete asthenosfeer omhoog bewegen om het isostatisch evenwicht te herstellen. Daardoor zal de lithosfeer opwarmen.

Andere invloeden op tektoniek

Inslagen

Zieinslagtektoniekvoor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Op Aarde kunnen de meeste tektonische verschijnselen verklaard worden met behulp van de platentektoniek. Dit maakt onze planeet geologisch actiever dan bijna alle andere hemellichamen in hetzonnestelselmet een vaste korst. Op de meeste andere planeten en manen domineert de inslagtektoniek, de vervorming van de korst als gevolg vaninslagenvan objecten uit de ruimte. Op Aarde maken inslagen maar een erg klein deel uit van de dynamica van de korst.

Thermische relaxatie

Als een planeetkorst afkoelt, zal de ze enigszins krimpen. Als de korst opwarmt, zal ze uitzetten. Dit zorgt voor mechanische spanning.

Getijden

Op hemellichamen in een baan om een ander lichaam werkengetijdenkrachten,veroorzaakt door hetzwaartekrachtsveldvan dat lichaam. Op deJupitermaanIowordt de tektoniek bepaald door spanningen die worden veroorzaakt door het zwaartekrachtsveld van Jupiter. Op de meeste andere hemellichamen zijn deze krachten veel minder invloedrijk. De Aarde ondervindt getijdenkrachten van deMaan.

Veranderingen in rotatiesnelheid

Sommige planeten, waaronder deAarde,hebben in het verleden veranderingen in derotatieperiodeondergaan. Zo neemt men aan dat de planeetMercuriusin het begin van haar bestaan veel sneller rond haarasdraaide dat thans het geval is. Daardoor zou de vorm van Mercurius van een afgeplatte bol naar een meer gewone bolvorm gegaan zijn. De evenaarsgebieden hebben zich hierdoor samengetrokken, waardooropschuivingsbreukenontstonden. De poolgebieden hebben daarentegen hun oppervlakte vergroot, waardoor erslenkenontstonden. Op de gematigde breedte ontstonden ten slotte noordoost- en noordwestgerichtehorizontaalverschuivingen.Van deze laatste vindt men inderdaad sporen terug op Mercurius.

Viskeuze relaxatie

Soms kunnen er doorviskeuze relaxatie,dat wil zeggen door het langzaam omlaagslibben van materiaal, ook spanningen ontstaan. Zo is er op de SaturnusmaanTethyseen grote inslag geweest die de 400 km groteOdysseus-inslagkraterdeed ontstaan. Met de tijd heeft de vloer van de krater zich door viskeuze relaxatie aangepast zodat de hoogte van de kraterbodem nu dezelfde hoogte is als deze van het omliggende gebied. Door deze viskeuze relaxatie zouden er zich echter ook spanningen hebben voorgedaan in de rest van de korst waardoor zich rondom de krater een reusachtige kloof vormde. Deze slenk, Ithaca Chasma strekt zich nu over driekwart van het maanoppervlak uit.

Zie ook

• Structurele geologie
• Planetologie
• Platentektoniek

Bronnen, noten en/of referenties

• (en)Fowler, C.M.R.; 1990:The Solid Earth, an introduction to Global Geophysics,Cambridge University Press,ISBN 0-521-38590-3
• (en)Keller, E.A.; 2001 (2e druk):Active Tectonics: Earthquakes, Uplift, and Landscape,Prentice Hall,ISBN 0-13-088230-5
• (en)Schumm, S.A.; Dumont, J.F. & Holbrook, J.M.; 2002:Active Tectonics and Alluvial Rivers,Cambridge University Press,ISBN 0-521-89058-6
• (en)Twiss, R.J. & Moores, E.M.; 2000:Structural Geology,W.H. Freeman & co,ISBN 0-7167-2252-6