Gebirgsbildung
DieGebirgsbildungoderOrogenese(zusammengesetzt aus den griechischen Wörtern ὄροςóros‚Berg‘ und γένεσιςgénesis‚Entstehen, Zeugung, Geburt‘) wird durchtektonische Vorgängeverursacht, die durch die Kollision vonLithosphärenplattenerzeugt werden.
Spezialfälle der Orogenese betreffen dieBruchtektonik(Bildung von Bruchschollengebirgen und Bruchfaltengebirgen), die nur indirekt durch die Verschiebung von Kontinentalplatten verursacht wird.
Gebirgsbildungsarten
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Kollision von Kontinentalblöcken
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DieErdoberflächesetzt sich nach der Theorie derPlattentektonikaus größeren und kleinerenLithosphärenplatten(Kontinentalplatten) zusammen, die sich mit einigen Zentimetern pro Jahr gegeneinander verschieben. An einigen Stellen bewegen sich diese Platten aufeinander zu oder vielmehr schiebt sich eine Platte über die andere. Dies wird alsKonvergenzbezeichnet.Kontinentesind, geotektonisch gesehen,Krustenbereichemit relativ starkemAuftrieb.Lithosphärenplatten tragen in der Regel nicht nurkontinentale Kruste,jedoch stoßen im Laufe vieler Jahrmillionen regelmäßig Kontinentalblöcke im Zuge der Plattenkonvergenz aufeinander. Dies führt zu intensivenStauchungsvorgängen an den Rändern der miteinander kollidierenden Kontinentalblöcke. Infolgedessen bildet sich entlang der Kollisionszone eineGebirgskette.So entstand derHimalayadurch das Auftreffen des Kontinentalblocks derIndischenauf den derEurasischen Platte.Etwa im selben Zeitraum, vor ca. 50–30 Millionen Jahren (Eozän), vollzog sich auch die Auffaltung derAlpendurch die Kollision des Kontinentalblockes derAfrikanischen Plattemit dem der Eurasischen Platte. Solche Gebirge werden alsKollisionsgebirgebezeichnet.
Subduktion von ozeanischen Platten
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Trifft eine Kontinentalplatte auf eineozeanischePlatte, so taucht die ozeanische Platte wegen der höherenDichtein denErdmantelab. Dies wird alsSubduktionbezeichnet. In denSubduktionszonentreten häufigErdbebenauf. Die ozeanischen Platte kannInselbögenoder gar ganzeTerraneenthalten, die an den Rand der Oberplatte „angeschweißt “werden, dies nennt man Akkretion, dadurch entstehen Gebirge. In der Kruste des Oberplattenrandes selbst kommt es durch die Subduktion der rein ozeanischen Anteile der Platte aber auch zum Aufstieg vonMagma,das aufgrund der Entwässerung der absinkenden ozeanischen Platte im Erdmantel entstanden ist. Über den Subduktionszonen befinden sich deshalb meist explosiveSchichtvulkane.DieAndensind eine Folge des Aufeinandertreffens derNazca-Plattemit derSüdamerikanischen Platte.Weitere Beispiele hierfür sind das nordamerikanischeKaskadengebirgeund dieJapanischen Inseln.
Sonderfall: Obduktion von ozeanischen Platten
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Bei der Kollision von ozeanischen Platten mit anderen kommt es in manchen Fällennichtzu einer vollständigen Subduktion derozeanischen Kruste.Teile der ozeanischen Platte werden dann kleinräumig von ihrem Unterlager abgeschürft und auf die obere Platte aufgeschoben (Obduktion). Solche Gesteinskörper finden sich in vielen Gebirgen, meist alslinsenförmigeund wenig ausgedehnte Vorkommen. Die dortaufgeschlossenenGesteine werdenOphiolithegenannt und besitzen eine sehr charakteristische Ausbildung, welche sich von den umgebenden Gesteinen deutlich unterscheidet. In seltenen Fällen werden größere Teile der Ozeankruste obduziert, so etwa im Ophiolithkomplex vonOman.[1]
Geomorphologische Prozesse der Gebirgsbildung
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Nach heutigem Verständnis ist die Gebirgsbildung mit wenigen Ausnahmen aufplattentektonischeVorgänge zurückzuführen. Die Art desGesteins,sein inneres Gefüge und der Wassergehalt der beteiligtenSedimentebeeinflussen den Vorgang, ebenso äußere Einflüsse wieklimatischeFaktoren undErosionsprozesse.Sie bestimmen darüber, welche Form einGebirge(Orogen) annimmt, wie hoch es bei einer bestimmten Hebungsrate wird, und wie lange sein Aufbau oder seine allmähliche Einebnung dauern.
Die Rolle der Abtragung
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Schon während der Entstehung eines Gebirges werden erosive Kräfte wirksam, sobald der Gebirgskörper sich über seine Umgebung erhebt. Hier spielen physikalische Faktoren (Sonneneinstrahlung,Auftauenund Wiedergefrierendes Gesteins),chemischeProzesse undmechanischeFaktoren (v. a. durchGletscherund fließendes Wasser) die entscheidende Rolle. In Abhängigkeit von der Hebungsrate eines Gebirges im Verhältnis zur Abtragungsrate ergibt sich, ob ein Gebirge weiter an Höhe gewinnt oder schneller abgetragen wird. Im Grundsatz gilt, dass höhere Gebirge höhere Abtragungsraten aufweisen, da dieReliefenergieeines Hochgebirges höher ist als die eines Mittelgebirges und diese wiederum höher ist als im Flachland. Die höhere erosive Wirkung eines reißendenGebirgsbachesim Vergleich zu einem Wiesenmäanderin der Ebene ist leicht vorstellbar. Es wirken die flächenhafteDenudation,also die Abtragung z. B. durchFrost,und die linienhafte Erosion von Flüssen, oder Gletscher.
Simulationen von Gebirgsbildungsprozessen ergaben, dass die Abtragung unter Umständen einen steuernden Einfluss auf den Ablauf der Gebirgsbildung haben kann.[2][3]
Isostasie
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]| Ärathem | System | Beginn (mya) |
Orogenese |
|---|---|---|---|
| Känozoikum Erdneuzeit Dauer: 66Ma |
Quartär | 2,588 | alpidische Orogenese |
| Neogen | 23,03 | ||
| Paläogen | 66 | ||
| Mesozoikum Erdmittelalter Dauer: 186,2 Ma |
Kreide | 145 | |
| Jura | 201,3 | ||
| Trias | 251,9 | variszische Orogenese | |
| Paläozoikum Erdfrühzeit Dauer: 288,8 Ma |
Perm | 298,9 | |
| Karbon | 358,9 | ||
| Devon | 419,2 | ||
| Silur | 443,4 | kaledonische Orogenese | |
| Ordovizium | 485,4 | ||
| Kambrium | 541 | cadomische Orogenese | |
| Neoproterozoikum Jungproterozoikum Dauer: 459 Ma |
Ediacarium | 635 | |
| Cryogenium | 720 | diverse präkambrische Gebirgsbildungen | |
| Tonium | 1000 | ||
| Mesoproterozoikum Mittelproterozoikum Dauer: 600 Ma |
Stenium | 1200 | |
| Ectasium | 1400 | ||
| Calymmium | 1600 | ||
| Paläoproterozoikum Altproterozoikum Dauer: 900 Ma |
Statherium | 1800 | |
| Orosirium | 2050 | ||
| Rhyacium | 2300 | ||
| Siderium | 2500 | ||
| Neoarchaikum Dauer: 300 Ma |
2800 | ||
| Mesoarchaikum Dauer: 400 Ma |
3200 | ||
| Paläoarchaikum Dauer: 400 Ma |
3600 | ||
| Eoarchaikum Dauer: 400 Ma |
4000 | ||
| Hadaikum Dauer: 600 Ma |
4600 | ||
| Es ist zu beachten, dass diese Tabelle nur einen groben Überblick geben soll. Angaben in der Fachliteratur zu Beginn und Ende einer bestimmten Orogenese können von denen in der Tabelle abweichen, u. a. weil je nach Region und Autor unterschiedliche Konzepte und Definitionen existieren. | |||
Gebirge befinden sich mit dem darunter liegenden zähplastischenErdmantelin einer Art Schwimmgleichgewicht (Isostasie). Dabei taucht der Gebirgsblock so tief in den Mantel ein, dass dieMassedes verdrängten Mantelgesteins seiner eigenen Masse entspricht. Dies ist vergleichbar mit Schiffen, die gemäß demArchimedischen Prinzipumso tiefer ins Wasser eintauchen, je schwerer sie sind.
EinGebirgsmassivragt etwa um das 5- bis 6-fache seinerHöhe über dem Meeresspiegelin den Erdmantel hinein. Wird durch Erosion an der Oberfläche Gestein abgetragen, so hebt sich die gesamteGebirgsketteso weit an, bis ungefähr 80 % der entfernten Gesteinsmasse ersetzt sind. Auch wenn die tektonische Aufwärtsbewegung längst zum Stillstand gekommen ist, können sich Bergregionen dadurch für viele Millionen Jahre auf ihrem Höhenniveau halten, bevor die Erosion Oberhand gewinnt.
Modelle der Landschaftsentwicklung
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Walther Penck, William M. Davis und John Hack entwickelten aufgrund dieser bekannten Umstände zum Teil erst konkurrierende, aber nach heutigen Kenntnisstand drei sich ergänzende Modelle zur Landschaftsentwicklung. Die nach ihnen benannten Modelle gehen von unterschiedlichen starken und zeitlich anders andauernden Hebungsphasen aus. Auf den Zeitskalen von Jahrmillionen sind klimatische Parameter unerheblich, sodass ausschließlich Zeit und Hebungsrate in die Überlegungen als Parameter einfließt.
- Davis’ Zyklentheorie geht von einer kurz andauernden starken Hebungsphase mit einer relativ zügigen Einebnung aus.
- Pencks Theorie geht von einer langsam in ihrer Intensität zunehmenden, langanhaltenden aber auch wieder in ihrer Intensität abnehmenden Hebungsphase aus, bei der eine Einebnung erst sehr langsam und deutlich schwächer ausgeprägt einsetzt.
- Hacks Theorie geht von einer fast stabilen Hebungsrate bei gleichzeitiger Abtragung aus, bei der keine Einebnung stattfindet und die Täler durch die Erosion sich immer weiter einschneiden.[4]
Gebirgsbildungsphasen in der Erdgeschichte
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]AufHans Stillegeht die Unterteilung des geologischen Werdegangs von Europa in vier wesentliche Gebirgsbildungsphasen zurück:
- diefennosarmatische
- diekaledonische
- dievariskische
- diealpidischePhase.
Fast alle „jungen “Faltengebirgeder Erde sind in den letzten 20 bis 40 Millionen Jahren in der alpinen Gebirgsbildung, der letzten dieser Phasen, entstanden:
- derHohe Atlas
- diePyrenäen
- dieAlpen
- dieKarpaten
- dieDinariden
- die Gebirgszüge derTürkei
- dasZagros-Gebirge in Persien
- derHimalaya
- die westlichen Gebirge vonBurma,ThailandundIndonesien.
In der heutigen Alpenregion wurden die Ausgangsgesteine in mehreren Meeresräumen abgelagert; die damals gebildeten Meeressedimente waren bis zu einigen Kilometern dick und wurden in einem komplizierten Prozess, dessen Hauptphase vor etwa 70 Millionen Jahren begann, zu einem Gebirge aufgefaltet. Nach der stärksten Hebungsphase (vor etwa 25 Millionen Jahren) furchte die Erosion das weiträumig gehobene Gebiet an tektonischenSchwächezonendurch lange und kürzereTälerein. Die Hebung der Alpen hält bis heute an (mit 1–3 mm pro Jahr), sie wird durch etwa gleich starke Erosion wettgemacht.
Aus historischen Gründen werden die Bezeichnungen von Hans Stille heute noch benutzt, zum Teil nicht nur in Europa, sondern auch auf anderen Kontinenten. Daneben existiert eine Vielzahl von Bezeichnungen für Orogenesen, die sich von den Gebirgen der jeweiligen Region ableiten. Charakteristische Bezeichnungen meist mehr oder minder großflächiger oder als bedeutend eingestufter Orogenesen der Erdgeschichte sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
| Orogenese-Zeitalter | Anfangsphase Angaben inmya |
Höhepunkt oder Ende | Derzeitige Phase | Wo? Kontinent? |
|---|---|---|---|---|
| alpidisch; | 100 | 50 | rezentwachsend | Alpen,Himalaya,Karpaten,Rocky Mountains–
KontinentEurasienundSubkontinentIndien |
| variskisch,alleghenisch;
mittleresPaläozoikum |
400 | 300 | Erosion | SüdlicheAppalachen,die pre-Rocky MountainsundAnden,Ural,Schwarzwald,Harz,Rheinisches Schiefergebirge– |
| kaledonisch;
frühes Paläozoikum |
510 | 410 | Erosion | Nördliche Appalachen,Schottland,Norwegen– |
| cadomisch(oder Assyntische Orogenese); | 650 | 545 | Durch Plattentektonik,Sedimentation,Vulkanismusüberlagert. | Dobra-Gneis(1377mya) derBöhmischen Masse,imWaldviertelinÖsterreich– |
| Pan-Afrikanische Orogenese; | 1.000 | 530 | Erosion | SuperkontinentPannotiaoder GroßkontinentGondwana,KontinentAfrika |
| Grenville,svekonorwegisch; | 1.200 | 1.100 | Ehemals überlagert, durcheiszeitlicheAbschleifung teilweise freigelegt. | Im östlichenKanadischen Schild,SüdwestlichesSchweden,SüdlichesNorwegen,Nord-Australien–
SuperkontinentRodinia |
| dano-polonisch; | 1.500 | 1.400 | überlagert durch Plattentektonik, Sedimentation | InPolen,Ukraine,Süden vonBlekingeund Norden vonBornholm– |
| Wopmay,svekofennisch; | 2.000 | 1.700 | Ehemals überlagert, durch eiszeitliche Abschleifung teilweise freigelegt. | Im westlichenKanadischen Schild,aufGrönland,im NordwestenAustraliens,inSüdafrikaund im westlichenBaltischen Schild– |
| Beispiel:loopisch; | 2.700 | 2.300 | Ehemals überlagert, durch eiszeitliche Abschleifung teilweise freigelegt. | Im nordwestlichenBaltischen Schild–
KleinkontinenteFennoscandia,Sarmatia,Volgo-Uralia,am Ende SuperkontinentKenorland? |
| archaischeOrogene | ca. 4.000 | ? | Überlagert, in kleinsten Gebieten derKratonedurch eiszeitlicheGletscherfreigelegt. | Acasta-Gneisin derSklavenprovinzundNuvvuagittuq-Grünsteingürtelin der Superior-Provinz in Kanada,Isua-Gneisin Grönland und andere Gesteinseinheiten in denSchildender Kontinente –
Superkontinent„Erste Erde “? |
Forschungsgeschichte
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Eine Orogenese wurde früher als ein zeitlich begrenzter Vorgang verstanden, da nur dasGefügeder betroffenen Gesteine bestimmenden Vorgänge betrachtet wurden.[5][6]Die Untersuchung aktiver Orogene wie etwa der Gebirge an derpazifischenKüste Amerikas zeigt jedoch, dass es sich um oft zeitlich ausgedehnte und andauernde Vorgänge handelt.
Nach früheren Vorstellungen ist einer Orogenese die Bildung einerGeosynklinalevorausgegangen: einer großen Einsenkung, in der sich mächtige Schichten vonTiefsee- und anderenSedimentenablagerten, bevor die Senkung durch großtektonische Vorgänge zu einemHebungsgebiet wurde. Diese Gesteine wurden späterumgewandeltund teilweise über hunderte Kilometer verschoben, sodass sie sich heute in den Gebirgen finden.
Nach heutigen Vorstellungen entspricht die „Geosynklinale “dem bei plattentektonischen Vorgängen zwischen den beteiligten Kontinentalplatten befindlichenOzeanoderRandmeer.
Siehe auch
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Literatur
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- Wolfgang Frisch,Martin Meschede:Plattentektonik. Kontinentalverschiebung und Gebirgsbildung.Primus Verlag, Darmstadt 2005,ISBN 3-89678-525-7.
- Andreas Heitkamp:Gebirgsbildung – Wenn Berge in den Himmel wachsen.In: Nadja Podbregar; Dieter Lohmann:Im Fokus: Geowissen. Wie funktioniert unser Planet?Springer Verlag, Berlin/Heidelberg 2013,ISBN 978-3-642-34791-7,S. 105–119.
- Florian Neukirchen:Bewegte Bergwelt. Gebirge und wie sie entstehen.Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2011,ISBN 978-3-8274-2753-3.
- Miyashiro, Akiho, Keiiti Aki:Orogenese. Grundzüge der GebirgsbildungDeuticke, Wien 1985,ISBN 3-7005-4552-5.
Weblinks
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- Im Schatten alter Kontinente – Österreich im Proterozoikum,Geologische Bundesanstalt Wien
- Die Entstehung der Appalachen und erste Ansätze der Rocky Mountains im späten Karbon(englisch)
- scinexx.de:Gebirgsbildung26. November 2004
Einzelnachweise
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- ↑Oman: ein Obduktions-Orogen,Vorlesungen zur Strukturgeologie, Jean-Pierre Burg, ETH Zürich(PDF; 3,8 MB).
- ↑Mark T. Brandon, Nicholas Pinter:Der Beitrag der Erosion zur Gebirgsbildung.Spektrum der Wissenschaft, September 1997.Zusammenfassung.
- ↑Djordje Grujic, Christof Lindenbeck:Geologische Expedition in das Königreich Bhutan. Feldbeobachtungen und Modellvorstellungen zur Entstehung des Himalaya – Das Zusammenspiel von Erosion und Klima.Geologisches Institut der Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg im Breisgau.
- ↑J. Grotzinger, T. H. Jordan, F. Press, R. Siever:Allgemeine Geologie.Press/Siever 2008.
- ↑Hans Murawski, Wilhelm Meyer:Geologisches Wörterbuch.11. Auflage. Elsevier bzw. Spektrum, Heidelberg 2004,ISBN 3-8274-1445-8,S.262.
- ↑Hans Stille:Das Leitmotiv der geotektonischen Erdentwicklung.Vorträge und Schriften der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, H. 32, 1949.