Kräfte in der Erdkruste bestimmen die Höhe von Gebirgen: Neue Studie von Geowissenschaftlern über das "Wachsen" von Bergen

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Eine Landschaft im Himalaya © Eric Salomon

Eine Landschaft im Himalaya © Eric Salomon

Welche Kräfte und Mechanismen haben einen Einfluss auf die Höhe von Bergen? Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) und des Deutschen Geoforschungszentrums (GFZ) in Potsdam haben eine überraschende Antwort auf diese oft diskutierte Frage gefunden: Es sind nicht Erosion und Verwitterung von Gestein, die die Obergrenze von Gebirgsmassiven festlegen, sondern ein Kräftegleichgewicht in der Erdkruste. „Unsere Studie zeigt, dass Gebirge in der Lage sind, auf Erdoberflächenprozesse zu reagieren und bei schneller Erosion so zu wachsen, dass das Kräftegleichgewicht und die Höhe des Gebirges erhalten bleiben“, erklärt Ralf Hetzel von der WWU. Für die Geowissenschaften ist das eine fundamental neue Erkenntnis, die den Forscherinnen und Forschern Möglichkeiten eröffnet, die langfristige Entwicklung und das Wachstum von Gebirgen eingehender zu untersuchen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Nature“ erschienen.

Hintergrund und Methode:

Die höchsten Gebirgsgürtel der Erde, etwa der Himalaya oder die Anden, erstrecken sich entlang von sogenannten konvergenten Plattengrenzen. Dort bewegen sich zwei Erdplatten aufeinander zu - eine der Platten wird gezwungen, unter die andere in den Erdmantel abzutauchen. Bei diesem Prozess der Subduktion kommt es auf der Kontaktfläche zwischen den beiden Platten immer wieder zu starken Erdbeben. Außerdem entwickeln sich über Millionen von Jahren Gebirge an den Rändern der Kontinente. Ob die Höhe dieser Gebirge vor allem durch tektonische Vorgänge im Erdinneren oder hauptsächlich durch die Erosion und den Abtransport von Material an der Erdoberfläche bestimmt wird, diskutieren Geowissenschaftler seit langem kontrovers.

Die neue Studie zeigt zum ersten Mal, dass die Erosion durch Flüsse und Gletscher keinen nennenswerten Einfluss auf die Höhe von Gebirgen hat. Zu diesem Ergebnis gelangten die Forscher, indem sie die Kräfte entlang verschiedener Plattengrenzen auf der Erde berechneten. Sie nutzten dazu weltweite Daten, die Aufschluss über den Aufbau und die Festigkeit von Plattengrenzen geben und sich zum Beispiel aus Wärmeflussmessungen im Untergrund ableiten. Der Wärmefluss an konvergenten Plattengrenzen wird wiederum von der Reibungsenergie an den Grenzflächen der Kontinentalplatten beeinflusst.

Daten zur Reibung im Untergrund von Gebirgszügen gesammelt

Für ihre Studie sammelten die Wissenschaftler Daten aus der Literatur zur Reibung entlang von Plattengrenzen mit unterschiedlich hohen Gebirgszügen - dem Himalaya, den Anden sowie Gebirgen auf Neuseeland, Sumatra und in Japan. Sie berechneten daraus die entstehenden Spannungen und damit auch die Kräfte im Untergrund, die zur Hebung der jeweiligen Gebirge führen. „So konnten wir nachweisen, dass sich in aktiven Gebirgen die Kraft auf der Plattengrenze und die Kräfte, die sich aus dem Gewicht und der Höhe des Gebirges ergeben, die Waage halten“, betont Erstautor Dr. Armin Dielforder vom GFZ Potsdam. Solch ein Kräftegleichgewicht herrscht in allen untersuchten Gebirgen, obwohl diese in unterschiedlichen Klimazonen mit stark variierenden Erosionsraten liegen.

Originalpublikation:

A. Dielforder et al. (2020): Megathrust shear force controls mountain height at convergent plate margins. DOI: 10.1038/s41586-020-2340-7

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