LE13: Continentale lithosfeer

Question 1

Is de maximale ouderdom van de oceanische korst of van de continetale korst groter?

Answer 1

De maximum ouderdom van oceanische korst (en dus ook lithosfeer) is ongeveer 180 miljoen jaar (Ma); de maximum ouderdom van continentale korst is, voor zover bekend, circa 3,9 miljard jaar.

Question 2

Als we uitgaan van de Airy hypothese (isostatie) van de lithosfeer, wat wordt hier dan mee bedoelt?

Answer 2

Dat lichter gesteente ‘‘drijft’’ op zwaarder materiaal. Bij gebergten wordt het extra materiaal van de bergen gecompenseerd door relatief licht materiaal onder deze bergen

Question 3

In welke drie hoofdtypen kunnen we de lithosfeer indelen op basis van geologische ouderdom en de gesteente die er voorkomen?

Answer 3

• Platforms, Dit zijn gebieden met een heel oude ondergrond, meestal uit het Precambrium
• Schilden, dit zijn gebieden waar de kristallijne (metamorfe)gesteenten van precambrische ouderdom over een groot gebied aan de oppervlakte komen
• Jonge (plooings) gebergte, deze gebieden zijn veel jonger. Maar hier kunnen ook oudere, al eerder gedeformeerde, gesteenten voorkomen.

Question 4

Er worden 2 verschillende v_p snelheden in de continentale korst berekend wat betkent dit?

Answer 4

Dat de continentale korst bestaat uit een bovenkorst, met v_p-snelheden tussen 4 en 6,5 km s^–1, en een onderkorst, met v_p-snelheden van 6,5 tot 7,8 km s^–1.

De grens tussen beide wordt gevormd door de Conrad-discontinuïteit

Question 5

het Basin & Range-gebied in het westen van de Verenigde Staten. De korst is daar relatief dun (ongeveer 20 kilometer dik) en de snelheid van de bovenmantel is lager dan gebruikelijk.

Kunt u een mogelijke verklaring geven voor de geschetste situatie in het Basin & Range-gebied?

Answer 5

In de continentale bovenmantel komen ook temperatuur-, en dus dichtheidsverschillen voor. Deze bepalen voor een deel de topografie. In het geval van het Basin & Range-gebied duiden de relatief lage snelheden in de bovenmantel op relatief hoge temperaturen en dus relatief lage dichtheden. Warmtestroommetingen versterken deze aanwijzingen

Question 6

Wat zijn een aantal processen die bijdragen aan de vorming van de continentale korst?

Answer 6

– vulkanisme

– verticale accretie (ook underplating genoemd): (partieel) gesmolten materiaal wordt direct vanuit de mantel onderaan de korst toegevoegd

– laterale accretie van sedimenten in subductiezones

Question 7

Is dr continetale korst overal even oud?

Answer 7

In figuur 13.5 ziet u de ouderdom van de continenten afgebeeld. U ziet een enorme variatie. De maximale ouderdom van continentale korst is ongeveer een factor 20 hoger dan die van oceanische korst/lithosfeer.

Question 8

Is de oceanische korst of de continetale korst lichter? En welke is dikker?

Answer 8

De continentale korst is echter veel dikker dan de oceanische korst en is daarbij ook lichter. Hierdoor kunnen de diepere delen van de lithosfeer het drijfvermogen van de korst niet opheffen

Question 9

Het wamte verschil in de oceanische en lithsferische korst moet veroorzaakt worden door de aanwezigehid van een warmtebron die in grotere mate aanwezigheid is in de lithosfeer, welke?

Answer 9

De warmteproductie wordt veroorzaakt door het verval van radioactieve isotopen. In continentale gebieden zijn de radioactieve isotopen van kalium, uranium en thorium sterk geconcentreerd in de bovenste delen van de korst.

Question 10

De ouderdom van de lithosfeer wordt op een andere manier bepaald dan de ouderdom van de oceanische korst, wat is het verschil?

Answer 10

Bij continenten is de ouderdom een zogeheten thermische ouderdom. Dit is de tijd die verstreken is sedert de laatste fase van metamorfose en/of magmatische activiteit.

Question 11

Hoe loopt de geotherm ten opzichte van de diepte volgens vergelijking:

Answer 11

Een geotherm beschreven door vergelijking 13.6 zou dus gekromd zijn. Nabij het oppervlak is hij steiler dan op grotere diepte. Dat wil zeggen: de geothermische gradiënt ∂T/∂z neemt af met toenemende diepte.

Question 12

We gaan eerst uit van model 1. Dit is de dunne, rechte lijn in de grafiek. We nemen een laag korst met dikte b, waarin de warmteproductie constant is, A = A₀.

Wat kunnen we hier uit op maken?

Answer 12

De bovengenoemde waarde van b (7 tot 11 kilometer) benadert de dikte van de bovenkorst. Dus de concentratie van radioactieve (warmteproducerende) elementen zou dan in de bovenkorst plaatsvinden of plaatsgevonden hebben. Dit is in overeenstemming met het algemene beeld dat men hierover heeft.

Question 13

Waarom is de basis van de lithosfeer diepte genomen op 0,85 T_m?

Answer 13

De basis van de lithosfeer is gegeven door de diepte waar de temperatuur de waarde 0,85 T_m bereikt, waarbij T_m de smeltpunttemperatuur in de mantel is. De fysische argumentatie voor een dergelijke definitie is dat als de temperatuur dicht bij de smeltpuntswaarde komt, waarbij 85 procent een min of meer willekeurige waarde is, er partiële smelt gaat optreden.

Question 14

In figuur 13.13 zien we een passieve continenatale marge, welke morfologische opbouw kunnen we hierin onderscheiden?

Answer 14

Allereerst is er het continentaal plat. Dit is in feite een zeer zwak glooiende voortzetting (helling ongeveer 1 op 500) van het continent onder water. Tussen een diepte tussen 100 meter en 200 meter komt dan verder zeewaarts de continentale helling. Dit is een veel sterker hellend deel (helling ongeveer 1 op 20). De helling gaat, via de veel vlakkere continentale verheffing, over in de bodem van de oceaan.

Question 15

Hoe ontstaan passieve continentale marges?

Answer 15

Passieve marges ontstaan als een continent gebroken wordt en de gebroken delen van elkaar wegdrijven. Tussen de nieuwe continenten of continentale fragmenten vindt seafloor spreading plaats langs een stuk nieuwgevormde oceanische rug.

Question 16

Er zijn twee modellen die de vorming en de evolutie van een passieve continetale marge beschrijven, welke twee?

Answer 16

• Een themisch model
• Het stretching model

Question 17

Leg het kort het thermische model en het stretching model uit voor een passieve continentale marge.

Answer 17

Het thermisch model. Dit model gaat ervan uit dat het opbreken van een continent vooraf is gegaan door een sterke opwarming van het gebied.

Het stretchingmodel. In dit model is de uiteindelijke daling niet voorafgegaan door opheffing als gevolg van opwarming. Ook is geen erosie vereist. De essentie van het model is de oprekking (verdunning) van de lithosfeer, dus inclusief korst. De mate van uitrekken wordt gespecificeerd met de ‘stretchingparameter’ β.

Question 18

Ga aan de hand van de gegevens in figuur 13.3 na welke van de twee basishypothesen voor isostasie voor continenten het best voldoet: de Airy-hypothese of de Pratt-hypothese.

Answer 18

In figuur 13.3d en figuur 13.3e vallen de dikke korsten op. Dit zijn de bergen en de wortels van
respectievelijk de Andes (d) en de Alpen (e).

Dit komt zeer duidelijk overeen met de Airy-hypothese voor isostasie.

Er is met de Pratt-hypothese geen directe informatie af te leiden over dikte van de korst.

Question 19

Als voor de ‘normale’ korstdikte geldt dat h0 = 35 kilometer, dan volgt dat onder de Himalaya, met een gemiddelde hoogte van
6 kilometer boven zeeniveau, de Airy-hypothese een korstdikte voorspelt van 35 + 6,33 × 6 + 6 kilometer = 79 kilometer.

Wat is er via de Pratt-hypothese uit de topografie af te leiden over de korstdikte?

Answer 19

Bij de Pratt-hypothese is de compensatiediepte overal in de korst gelijk en staat de gemiddelde dichtheid in een korstkolom centraal.

Hoe hoger de topografie, hoe lager de gemiddelde dichtheid in de korst.

Er is met de Pratt-hypothese geen directe informatie af te leiden over dikte van de korst.

Question 20

Wat is de temperatuurstijging per kilometer diepte nabij het aardoppervlak,
als de gemeten warmtestroom gelijk is aan q₀ = 75 m W m^–2?

Een representatieve waarde voor de warmtegeleidingscoëfficiënt in de (boven)korst is k = 2,5 W m^–1 K^–1.

Answer 20

De temperatuurstijging is derhalve 30 Kelvin per kilometer = 30 °C per kilometer.

Hierbij is aangenomen dat de temperatuurgradiënt in de bovenste kilometer constant is.

Question 21

Bij subductie worden gesteentemassa’s tot op grote diepte onder het aardoppervlak meegesleurd. Dit heeft hogedruk/lagetemperatuurmetamorfose uit de eerste fase tot gevolg, met bijbehorende gesteenten uit de glaucofaanschistfaciës.

Waardoor speelt bij subductie drukverhoging een veel belangrijker rol dan temperatuurverhoging?

Answer 21

De plaat komt bij subductie onder steeds hogere druk en temperatuur.

De druk neemt bij toename van de erboven liggende massa meteen toe.

De temperatuur reageert echter veel langzamer. Gesteenten zijn immers slechte warmtegeleiders.

Als een gesteente dus relatief korte tijd op grote diepte is geweest en daarna weer omhoog is gekomen, dan heeft het wel aan hoge druk blootgestaan, maar heeft het onvoldoende tijd gehad om sterk op te warmen.

Question 22

Het scharnier van de Synclinaal van Namen volgt ongeveer de loop van de Sambre en de Maas tot Liége (Luik).

Waardoor valt deze scharnier samen met de loop van de Maas en de Sambre?

Answer 22

Het scharnier van een synclinaal is het laagste punt, met de jongste gesteenten.

In het scharnier van deze synclinaal bevindt zich veel relatief zachte gesteenten uit het Boven-Carboon, met name veel schalies. Deze relatief zachte gesteenten eroderen gemakkelijker dan relatief hardere gesteenten in de aangrenzende gebieden.
Vermoedelijk heeft de Maas om deze reden haar loop hier - in het scharnier van de synclinaal - ‘gekozen’. Zelfde geldt voor de Sambre en haar loop.

Question 23

In een rotswand in de Alpen worden vlakliggende sedimenteenheden aangetroffen met, van boven naar onder, de volgende ouderdommen:

Trias

Jura

Krijt

Jura

Perm.

Let goed op de volgorde van de ouderdommen.

Met wat voor structuur kunnen we een dergelijke opeenvolging verklaren?
(Probeer het probleem via het maken van een schets op te lossen).

Answer 23

In aanmerking komen twee structuren:

een liggende-plooistructuur (zie figuur B14-2.5 in Bron B14-2), en

een dekbladstructuur (zie figuur B14-1.1 in Bron B14-1).

De omkering van de volgorde: Jura, Krijt, Jura - dus van ouder naar jonger en dan weer naar ouder - wijst op een plooistructuur.

In het geval van een dekbladstructuur zou men immers een herhaling van de gesteenteeenheden en ouderdommen in dezelfde volgorde verwachten (bekijk figuur B14-1.10a in Bron B14-1).

In de genoemde plooi bevinden zich de relatief jonge lagen (die uit de Krijt-periode) in de plooikern, zodat de plooi dus een synclinaal moet zijn en wel, gezien de stand van de lagen (vlak liggend), een liggende synclinaaI.

Een bijzonderheid hier is verder het ontbreken van sedimenten met een Trias-ouderdom in het onderste gedeelte van de wand. Dit zou kunnen duiden op de aanwezigheid van een stratigrafisch hiaat of van een niet nader te specificeren tektonische complicatie (breuk).