Geowissenschaftler bestätigen „Tropfen“ der Erdkruste unter der zentralanatolischen Hochebene der Türkei

Jüngste Satellitendaten zeigen, dass das Konya-Becken auf der zentralanatolischen Hochebene in der Türkei im Laufe von Millionen von Jahren kontinuierlich umgestaltet wird. Dies ist das Ergebnis einer neuen Analyse unter der Leitung von Geowissenschaftlern der Universität Toronto.

Die Forscher sagen, dass experimentelle Simulationen – kombiniert mit geologischen, geophysikalischen und geodätischen Daten – das rätselhafte Absenken des Beckens im Inneren des ansteigenden Plateaus erklären und darüber hinaus auf eine neue Klasse von Plattentektonik hinweisen, die Auswirkungen auf andere Planeten hat, die keine erdähnlichen Platten besitzen, wie etwa Mars und Venus.

Die Studie, veröffentlicht In Naturkommunikationzeigt, dass das Absinken in der Region auf mehrstufiges lithosphärisches Tropfen zurückzuführen ist – ein Phänomen, das nach der Instabilität des Gesteinsmaterials benannt ist, aus dem die Erdkruste und der obere Erdmantel bestehen. Wenn sich dichte Gesteinsfragmente unter der Oberfläche lösen und in die flüssigere Schicht des Erdmantels sinken, bilden sich an der Oberfläche große Landschaftsformen wie Becken und bergige Faltungen der Kruste.

„Bei der Betrachtung der Satellitendaten haben wir im Konya-Becken eine kreisförmige Struktur beobachtet, wo die Kruste absinkt oder das Becken tiefer wird“, sagt die Hauptautorin Julia Andersen, eine Doktorandin im Fachbereich Geowissenschaften der Fakultät für Kunst und Wissenschaft der Universität Toronto. „Das veranlasste uns, uns andere geophysikalische Daten unter der Oberfläche anzuschauen, wo wir eine seismische Anomalie im oberen Erdmantel und eine verdickte Kruste sahen, was uns sagt, dass sich dort Material mit hoher Dichte befindet und auf einen wahrscheinlichen lithographischen Tropfen im Erdmantel hindeutet.“

Die Ergebnisse spiegeln eine ähnliche Untersuchung der Forscher zur Entstehung des Arizaro-Beckens in den südamerikanischen Anden wider. Sie legen nahe, dass das Phänomen überall auf der Erde auftreten kann, und erklären tektonische Prozesse, die typischerweise in Hochplateauregionen auftreten.

Frühere Studien zeigen, dass sich die Zentralanatolische Hochebene aufgrund des Phänomens der lithographischen Tropfenbildung im Verlauf der letzten zehn Millionen Jahre um bis zu einen Kilometer angehoben hat.

„Als die Lithosphäre dicker wurde und unter die Region tropfte, bildete sie an der Oberfläche ein Becken, das später aufsprang, als das Gewicht darunter abbrach und in die größeren Tiefen des Mantels sank“, sagt Russell Pysklywec, Professor im Fachbereich Geowissenschaften und Co-Autor der Studie.

„Wir sehen jetzt, dass es sich bei diesem Prozess nicht um ein einmaliges tektonisches Ereignis handelt und dass das anfängliche Tropfenbild offenbar weitere Tochterereignisse an anderen Orten in der Region hervorgebracht hat, was zu dem merkwürdigen schnellen Absenken des Konya-Beckens innerhalb des kontinuierlich ansteigenden Plateaus der Türkei führte.“

Andersen fügt hinzu, dass die neuen Erkenntnisse auf eine Verbindung zwischen Plateauhebung und Beckenbildung durch die Entwicklung primärer und sekundärer Lithosphärenabtragung schließen lassen. „Im Wesentlichen findet parallel zur fortschreitenden Hebung des Plateaus eine Absenkung statt.“

Andersen und die Co-Autoren der Studie, darunter Kollegen der Technischen Universität Istanbul und der Çanakkale Onsekiz Mart University in der Türkei, gelangten zu ihren Erkenntnissen, nachdem sie den Tropfvorgang in Laborexperimenten nachgestellt und ihre Beobachtungen analysiert hatten.

Um anhand der Daten aus den neuen Messungen herauszufinden, wie sich der Prozess möglicherweise abgespielt hat, bauten sie analoge Labormodelle. Dazu füllten sie einen Plexiglasbehälter mit Polydimethylsiloxan (PDMS), einem flüssigen Silikonpolymer, das etwa 1000-mal dicker ist als Tafelsirup, das als flüssiger unterer Erdmantel dienen sollte. Dann fügten sie eine Mischung aus PDMS und Modelliermasse hinzu, um den obersten festen Abschnitt des Mantels nachzubilden, und zum Abschluss kam oben eine sandähnliche Schicht aus Keramik- und Siliziumdioxid-Kugeln hinzu, die die Erdkruste darstellen sollte.

Die Forscher aktivierten das Modell, indem sie einen hochdichten Samen in die PDMS- und Modelliertonschicht einführten, um einen Tropfen auszulösen, der anschließend durch die Schwerkraft nach unten gezogen wurde. Über und neben dem Tank wurde eine Reihe von Kameras angebracht, um alle Veränderungen im Laufe der Zeit aufzuzeichnen. Etwa jede Minute wurde ein hochauflösendes Bild aufgenommen.

„Innerhalb von 10 Stunden beobachteten wir eine erste Phase des Tropfens, die wir als primäres Tropfen bezeichnen. Nachdem dieser primäre Tropfen den Boden der Box berührt hatte, sahen wir nach 50 Stunden, dass ein zweiter Tropfen zu Boden zu sinken begann“, sagt Andersen. „Sowohl das primäre als auch das sekundäre Tropfen verursachten keine horizontale Verformung in unserer künstlichen Kruste, was unserer Annahme nach typischerweise mit einem lithosphärischen Tropfen im Mantel einhergeht.“

Die Forscher wussten bereits, dass der primäre Tropfen Änderungen in der Oberflächentopographie des Experiments verursacht hatte, und wollten wissen, ob der sekundäre Tropfen irgendeinen Effekt auf die Oberfläche haben würde, da er kleiner als der primäre Tropfen war.

„Was uns auffiel, war, dass dieser sekundäre Tropfen im Laufe der Zeit die Kruste nach unten zog und begann, ein Becken zu bilden, obwohl es an der Oberfläche keine horizontalen Bewegungen in der Kruste gab“, sagt Andersen. „Die Ergebnisse zeigen, dass diese großen tektonischen Ereignisse miteinander verbunden sind, wobei ein lithosphärisches Tropfen möglicherweise eine Vielzahl weiterer Aktivitäten tief im Inneren des Planeten auslöst.“