Welche Kräfte steuern die Erhebung von Bergen?

Wissenschaftler haben ein neues Klassifikationsschema für Gebirgsgürtel entwickelt, das mit nur einer einzigen Zahl beschreibt, ob die Erhebung des Gebirgsgürtels hauptsächlich durch Verwitterung und Erosion oder durch Eigenschaften der Erdkruste, also die lithosphärische Stärke, gesteuert wird: die “ Beaumont-Zahl“ (Bm). Es ist nach Chris Beaumont benannt, einem Wissenschaftler, der zusammen mit seinem Team gekoppelte Modelle von Oberflächenprozessen und tektonischen Kräften entwickelt hat. Über ihre Erkenntnisse berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Natur.

Eine Beaumont-Zahl zwischen 0,4 und 0,5 bedeutet, dass sich die Berge in einem sogenannten Flux Steady State befinden, in dem die steuernden Faktoren des Gebirgswachstums tektonische Kräfte und die lithosphärische Stärke sind, ausgeglichen durch Verwitterungsprozesse wie beispielsweise in Taiwan. Mit einem Bm-Wert von weniger als 0,4 befinden sich Berge ebenfalls in einem stetigen Flusszustand, aber mit Erosion als steuerndem Faktor, wie die Südalpen von Neuseeland. Eine Beaumont-Zahl über 0,5 bedeutet, dass die Berge immer noch wachsen (instationärer Zustand), wobei die lithosphärische Stärke den Prozess steuert. Beispiele für diesen Typ sind das Himalaya-Tibet-Gebirge und die zentralen Anden.

Diese Klassifizierung löst eine seit langem bestehende Frage, ob tektonische Kräfte und die Stärke der Erdkruste die steuernden Faktoren der Gebirgserhebung sind oder ob Verwitterungsprozesse die Kontrolle haben. Die neue Studie besagt, dass es das eine oder andere sein kann – abhängig von der geografischen Lage, dem Klima und den unterirdischen Eigenschaften.

Das Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Sebastian G. Wolf von der Universität Bergen in Norwegen verwendete für seine Studie einen neuen gekoppelten Oberflächenprozess und ein tektonisches Modell im Mantelmaßstab, indem es das thermomechanische Tektonikmodell FANTOM mit dem Landschaftsentwicklungsmodell FastScape kombinierte. So konnten sie hohe Erosionsraten in einigen aktiven Orogenen mit dem langfristigen Überleben von Gebirgsgürteln über Hunderte von Millionen Jahren in Einklang bringen.

Jean Braun vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ, der das Papier mitverfasst hat, sagt: „Mit unserer Beaumont-Zahl können wir bestimmen, zu welchem ​​Anteil Tektonik, Klima und Krustenstärke die Höhe von Gebirgszügen kontrollieren. Und für die meisten Berge Gürtel, kann dies ohne komplexe Messungen oder Annahmen durchgeführt werden; es ist lediglich die Kenntnis der aus heutigen Plattengeschwindigkeiten oder Plattenrekonstruktionen erhaltenen Konvergenzrate, der aus einer topografischen Karte erhaltenen Höhe des Berges und der erhaltenen Verbreiterungsrate erforderlich aus den geologischen Aufzeichnungen. Kurz gesagt: Ob ein Berg kurz oder hoch ist, ist das Produkt langsamer oder schneller Konvergenz, nassem oder trockenem Klima oder starker oder schwacher Kruste.“ Die Beaumont-Zahl zeigt, welcher dieser drei Faktoren dominiert.