Forscher entdecken Gründe, den Bau von Bergen zu überdenken

Eine von der Colorado State University durchgeführte Studie legt nahe, dass die Antworten auf die Frage, wie und warum Berge entstehen, tiefer liegen als bisher angenommen.

„Bergbildung ist ein grundlegender Prozess des Verhaltens der Erde“, sagte Sean Gallen, Hauptautor und CSU-Assistenzprofessor für Geowissenschaften, „und diese Studie legt nahe, dass wir das möglicherweise nicht so gut verstehen, wie wir dachten.“

Gallen und sein Team erstellten neue Datensätze und Techniken, um anhand von Landschaften die langfristige Geschichte der Gebirgsbildung in Süditalien zu rekonstruieren. Laut Gallen führte ihr neuartiger Ansatz zu einigen „verwirrenden“ Ergebnissen.

In Subduktionszonen wie der in Kalabrien in Süditalien taucht eine tektonische Platte unter eine andere Platte. Es wird angenommen, dass Berge in diesen Gegenden durch die Zerknitterung und Verdickung der Erdkruste entstanden sind.

Das Team kombinierte Messungen, die geologisch kurze und lange Zeitskalen erfassten, von Tausenden von Jahren bis zu mehreren zehn Millionen Jahren. Wie ein „geologisches Tonbandgerät“ der tektonischen Geschichte füllte die Landschaft den Rest aus.

„In Süditalien ist die Landschaft tatsächlich die Brücke zwischen diesen verschiedenen Methoden, die wir normalerweise anwenden“, sagte Gallen.

Die flachen, hochgelegenen Landschaftsteile entlang der „Zehe“ der italienischen Halbinsel repräsentieren eine Zeit, in der die Gebirgsbildung langsam vor sich ging, und ein steiler Übergang darunter markiert eine schnelle Beschleunigung. Diese Hinweise in der Landschaft ermöglichten es den Forschern, eine langfristige, kontinuierliche Aufzeichnung der Gesteinshebung zu erstellen, die längste und vollständigste Aufzeichnung ihrer Art.

„Wir würden einen Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit, mit der die Platte im Laufe der Zeit unter die andere Platte abtaucht, und unserer Geschichte der Gesteinshebung erwarten, aber das sehen wir nicht“, sagte Gallen.

Das Zerknittern und Verdicken der Kruste scheint sekundär zu einem anderen Prozess bei der Bildung der kalabrischen Berge zu sein. Die Daten deuten darauf hin, dass das Absinken der unteren Platte durch den Erdmantel und seine Veränderung des Mantelströmungsfeldes der Hauptfaktor für die Gesteinshebung ist.

„Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die typische Art und Weise, wie wir den Bergbau betrachten, nicht für Süditalien gilt“, sagte Gallen. „Es scheint von Dingen gesteuert zu werden, die viel tiefer im Erdsystem liegen. Dieses Verhalten wurde in Modellen beobachtet, aber nie in der Natur. Dies ist das erste Mal, dass wir glauben, es beobachtet zu haben.“

Gallen warnte davor, dass weitere Daten erforderlich seien, um zu bestätigen, ob ihre Interpretation korrekt sei, diese jedoch durch bestehende numerische Modelle gestützt werde. Wissenschaftler haben bereits früher einen Zusammenhang zwischen der Höhe der Berge und den Wechselwirkungen der tektonischen Platten innerhalb des plastisch fließenden Erdmantels hergestellt, doch diese Forschung zeigt zum ersten Mal, dass dieser Mechanismus die dominierende Kraft bei der Gebirgsbildung in Subduktionszonen ist.

„Die von uns erstellten Aufzeichnungen deuten darauf hin, dass Signale aus der Tiefe der Erde das Geschehen an der Oberfläche zu dominieren scheinen“, sagte Gallen. „Ich arbeite seit 15 Jahren im Mittelmeer und dieses Ergebnis hat meine Einstellung zu diesen Subduktionszonen grundlegend verändert.“

Transformative, transparente Forschung

Die für diese Studie entwickelten neuen Techniken stellen einen Durchbruch bei der Erstellung langfristiger Gesteinsaufhebungsgeschichten dar.

Das Team erstellte einen einheitlichen Rahmen, der auf einer Sammlung standardmäßiger geomorphologischer Messungen basiert – Thermochronologie, kosmogene Nuklide, Grundgesteinsflussprofile und die Aufzeichnung vergangener Meeresspiegel, die in Meeresterrassen gefunden wurden. Der neuartige Ansatz reicht weiter zurück als andere Methoden und nutzt unterschiedliche Datensätze, um die Modellierung auf einzigartige Weise einzuschränken.

Die Methode lässt sich am besten auf aktive Systeme anwenden, bei denen die moderne Landschaft Hinweise auf ihre Geschichte bietet. Je weiter zurück in der geologischen Zeit ein System aktiv war, desto schwieriger ist es, seine Geschichte zuverlässig zu rekonstruieren.

Für die Studie entwickelte Software, veröffentlicht in Naturgeowissenschaftensteht anderen Forschern zur freien Nutzung zur Verfügung. Gallen hofft, dass die neuen Techniken Forschung und Entdeckungen in anderen Bereichen anregen werden.