Benutzerspezifische Werkzeuge
Sie sind hier: Startseite Archiv Aus der Praxis Einzigartige Archive der Erdgeschichte

Einzigartige Archive der Erdgeschichte

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 26.05.2010 17:29

Zwei mächtige Erdplatten driften unaufhaltsam auseinander. Ein tiefer Spalt tut sich auf, Magma schießt an die Oberfläche, unaufhörlich bebt die Erde. 150 Millionen Jahre ist es her, dass Afrika und Amerika auseinander gerissen wurden – ein Phänomen, das auch heute noch viele Fragen aufwirft.

Rund 150 bis 200 Kilometer vor den Küsten der Kontinente stürzt der Meeresboden scheinbar ins Bodenlose. Diesen abrupten Übergang vom vergleichsweise flachen Schelfbereich an den Küsten – hier ist das Meer in der Regel kaum tiefer als 200 Meter – in die mehrere Tausend Meter tiefen ozeanischen Tiefseebecken bezeichnen Geowissenschaftler als passiven Kontinentalrand.

Ihren Namen verdanken passive Kontinentalränder dem Umstand, dass sie sich nicht unmittelbar an den Grenzlinien der tektonischen Erdplatten befinden. So geht es in diesen Regionen weitgehend ruhig zu: Während es an aktiven Kontinentalrändern, also dort, wo die Erdplatten aufeinanderstoßen, regelmäßig zu Vulkanismus und Erdbeben kommt, sind diese Naturereignisse an passiven Kontinentalrändern kaum zu beobachten.

Passiver Kontinentalrand

Diese Visualisierung von Messdaten aus Echolotvermessungen und der Gravimetrie zeigt einen typischen passiven Kontinentalrand an den Ostküsten Nord- und Südamerikas (Landmassen sind in diesem Bild in den Farben grün bis rot dargestellt). (Bild: NOAA)

Durch Jahrmillionen andauernde Ablagerungen von Sedimenten stellen die Steilhänge der passiven Kontinentalränder für Geoforscher ein einzigartiges Langzeitarchiv dar. Diesen Umstand macht sich das Schwerpunktprogramm SAMPLE zu nutzen, in dessen Rahmen rund 100 Forscher ein besseres Verständnis von längst vergangenen Ereignissen der Erdgeschichte gewinnen wollen. Über die Merkmale und Ziele des GEOTECHNOLOGIEN-Programms sprach planeterde mit einem der SAMPLE-Koordinatoren, Professor Hans-Peter Bunge von der Ludwig-Maximilians-Universität München.

planeterde: Herr Professor Bunge, wie gut verstehen wir heute geologische Vorgänge, die mit Plattentektonik zusammenhängen?

Bunge: Die Plattentektonik ist in meinen Augen eine der interessantesten und eigentümlichsten wissenschaftlichen Theorien zugleich. Und zwar aus dem folgenden Grund: Wenn man hier in München auf dem Stachus Passanten nach dem Zufallsprinzip befragen würde, ob sie mit dem Begriff Plattentektonik vertraut sind, würden die meisten das mit Sicherheit bejahen. Fragt man hingegen die zehn besten Geophysiker, ob sie wissen, wie Plattentektonik funktioniert, verneinen sie dies kollektiv. Ich glaube es gibt nur wenige Theorien, die auf der einen Seite so bekannt sind und auf der anderen Seite noch so wenig verstanden werden.

planeterde: Was verstehen die Experten an der Plattentektonik denn heute noch nicht?

Bunge: Plattentektonik ist zunächst einmal eine formale, geometrische Theorie, eine Beschreibung von Bewegungen. Sie sagt im Grunde nichts weiter, als dass sich die Orte an der Erdoberfläche nicht in völlig zufälligen Bahnen bewegen, sondern dass man größere einheitliche Blöcke unterscheiden kann, die sogenannten Platten. Diese Platten sind in ihrem Inneren kohärent, so dass sich sämtliche Deformationen auf ihre Ränder konzentrieren. In der Simulation kann man heute für jeden Punkt der Erde berechnen, wohin er sich künftig mit welcher Geschwindigkeit voraussichtlich bewegen wird. Das besagt aber noch nicht, was das ganze System antreibt, welche Kräfte dabei wirken und wie sich dieser Prozess dynamisch entwickeln kann. Diese Spannbreite zwischen Theorie und praktischer Untersuchung der Plattentektonik ist das große Dilemma im Verständnis unseres Planeten.

planeterde: Welchen aktiven Nutzen könnten wir daraus ziehen, wenn wir Abläufe im Erdmantel und an der Oberfläche besser verstehen würden?

Bunge: Eine verlässliche Erdbebenvorhersage wird zum Beispiel auch in Zukunft nicht möglich sein, wenn wir nicht besser begreifen, nach welchen Gesetzmäßigkeiten sich etwas in und auf der Erde bewegt. So weit sind wir aber leider heute noch lange nicht. Im Moment versuchen wir noch, überhaupt die Grundlagen der Prozesse zu verstehen, die zur Plattentektonik führen.

planeterde: Allerdings untersuchen die Projekte Ihres SAMPLE-Programms nicht die angesprochenen aktiven Kontinentalränder, also die Stellen auf dem Erdball, wo die Platten aufeinandertreffen, sondern ihre passiven Pendants. Wieso das?

Bunge: An den aktiven Kontinentalrändern geschieht etwas, das für einen Wissenschaftler eher unangenehm ist. Wissenschaft ist letztendlich das Testen von Hypothesen. Das heißt, ich habe eine bestimmte Annahme, und muss dann überprüfen, ob ich diese Hypothese durch Beobachtungen belegen oder widerlegen kann. An einem aktiven Kontinentalrand sind alle Erkenntnisse, die man über die zurückliegenden Bewegungen der Region oder über frühere geologische Ablagerungen in diesem Bereich gewinnen will, per Definition nicht mehr vorhanden.

Das ist der Grund, warum die passiven Kontinentalränder für ein zeitliches Verstehen von Plattenbewegungen so interessant sind. In ihnen finden wir viele Spuren von weit zurückliegenden Ereignissen. Mit ausgefeilten Techniken und einer umfangreichen Datenanalyse lassen sich dynamische Prozesse der Vergangenheit dort wie aus einem Archiv lesen. Deshalb konzentrieren wir uns bei SAMPLE ganz bewusst auf die Untersuchung von passiven Kontinentalrändern.

Übrigens, weil wir hier auch über Geotechnologien sprechen: Als Archive der Erdgeschichte sind passive Kontinentalränder zugleich große Speichermedien für Georessourcen. So sind im Atlantik in den Übergängen vom Flachmeerbereich ins Tiefseebecken beachtliche Ölvorkommen konserviert. Auch dieser Aspekt macht ein besseres Verständnis von passiven Kontinentalrändern für uns interessant.

planeterde: Wie könnte denn die Öl-Förderung in diesen Bereichen von Ihrer Arbeit profitieren?

Bunge: Öl besteht bekanntlich aus Ablagerungen von organischen Produkten. Solche Ablagerungen bilden sich naturgemäß in großen Senken, die entstehen, wenn ein Kontinent sich öffnet. In dieses neue Meeresbecken werden alle möglichen Materialien hineintransportiert, die sich am Kontinentalrand anlagern. Bei entsprechenden Drücken und passender Temperatur wandeln sich diese Materialien in langwierigen Prozessen schließlich in Erdöl um. Viele Ölvorkommen, die wir kennen, erstrecken sich deshalb an passiven Kontinentalrändern. Wir wollen nun erkunden, unter welchen Bedingungen diese Lagerstätten entstanden sind. Gelingt uns dies, können wir Rückschlüsse darauf ziehen, wo auf der Erde ähnliche Vorkommen zu erwarten sind.

planeterde: Auch Erze und sogar Diamanten sollen in passiven Kontinentalrändern in großer Zahl zu finden sein.

Bunge: Diese Aussage lässt sich nicht ohne Weiteres verallgemeinern. Wir wissen aber zum Beispiel, dass beim Öffnungsprozess von Kontinenten Vulkanismus eine Rolle spielt. Dieser bringt häufig auch Minerale aus tieferen Erdregionen nah an die Oberfläche. So haben im Bereich des südlichen Afrikas besonders kohlenstoffhaltige Eruptionen stattgefunden, wodurch man dort natürlich auch Diamanten finden kann. Es ist also zumindest nicht unwahrscheinlich, dass man an passiven Kontinentalrändern auf diese Minerale stößt. Allerdings muss man auch hier in aller Ehrlichkeit sagen, dass diese Prozesse noch nicht in einem Maße verstanden sind, das endgültige Antworten zulassen würde.

planeterde: Wie muss man sich die praktische Erforschung eines Kontinentalrandes denn vorstellen?

Bunge: Zunächst stehen Sie dabei vor einer der großen Herausforderungen der Geowissenschaften: die nötigen Daten zu beschaffen. Wir arbeiten in einem Wissenschaftsgebiet, das sich zwar im Umgang mit naturwissenschaftlichen Erkenntnissen nicht von anderen Disziplinen wie Chemie, Physik oder Biologie unterscheidet. Anders ist aber, dass unsere Experimente nicht beliebig wiederholbar sind. Wir können nicht in ein Labor gehen und sagen, dieses oder jenes habe ich noch nicht vollständig verstanden, also wiederhole ich es, bis ich es begriffen habe. Wenn wir verstehen wollen, wie es zur Öffnung des Südatlantiks kam, dann reden wir von einem einmaligen, lange zurückliegenden Prozess. Das macht die Schwierigkeit unserer Arbeit aus.

Bei unserer Untersuchung des Südatlantiks bedeutet das zum Beispiel, dass wir viele Schiffsexpeditionen unternehmen müssen, um mittels mariner Geophysik den Ozeanboden am Kontinentalrand zu untersuchen. Im Südatlantik gibt es einen besonderen Ort, einen Hotspot mit dem Namen „Tristan da Cunha“. Wir denken, dass solche vulkanischen Zentren wesentlichen Einfluss darauf haben, wie sich Kontinentalränder bilden und weshalb Kontinente sich teilen. Wir fragen uns: Warum begann eine Landmasse wie die des früheren Großkontinents Gondwana damit, sich nach drei hundert Millionen Jahren aufzuspalten?

planeterde: Haben Sie schon eine Theorie?

Bunge: Es wird vermutet, dass dies mit großen Konvektionszellen innerhalb der Erde zusammenhängt, vermutlich auch mit Aufströmungen, die sich spezifisch unter dem Gebiet bildeten. Deshalb sagt man auch, dass Hotspots ein sichtbares Zeichen von solchen Entwicklungen sind. So fokussieren wir einen guten Teil unserer geophysikalischen Beobachtungen und Experimente auf ein Gebiet in Namibia, wo ein Hotspot seine Spuren auf dem Land hinterlassen hat.

planeterde: Wie gehen die Forscherteams bei ihrer Datensammlung denn konkret vor?

Bunge: Das ist alles andere als trivial. Experimente müssen vorbereitet, Schiffe gechartert werden – der Logistikaufwand ist enorm. Ist der Wellengang der See zu hoch, lassen sich zahlreiche Experimente nicht durchführen; zieht zudem ein Sturm auf, können die Schiffe den Hafen gar nicht erst verlassen. Wenn es die äußeren Bedingungen zulassen, kann es erforderlich sein, dass ein mariner Geophysiker auch einmal drei Wochen auf See verbringen muss, etwa um ein seismisches Profil der Region anzulegen. Dieses Profil wird dann entweder direkt an Bord des Schiffs oder üblicherweise im Anschluss in Deutschland von Arbeitsgruppen in den einzelnen Instituten auswertet – eine mitunter recht langwierige Arbeit. Zusätzlich lassen wir Seismometer in die Tiefen des Ozeans hinab, die am Meeresboden Messungen durchführen. Dort verbleiben sie in der Regel für ein Jahr – und müssen im Anschluss auch wieder eingesammelt werden.

Gleichzeitig sind in unserem Programm viele Geologen und Petrologen integriert, die Gesteine an Land untersuchen. Diese Forscher versuchen unter anderem herauszufinden, welche Druck- und Temperaturbedingungen geherrscht haben müssen, als sich der Boden an diesen Stellen geöffnet hat. Bricht ein Kontinent auf, folgen daraus nämlich nicht nur horizontale, sondern auch vertikale Bewegungen. Deshalb sind die Steine, die die Wissenschaftler dort finden, verlässliche Zeugen des ursprünglichen Aufbrechungsprozesses. Auch dieser Aspekt zeigt, wie wichtig die passiven Kontinentalränder für unser Verständnis der ursprünglichen Zustände auf unserem Planeten sind.

planeterde: Gibt es neben dem „Tristan da Cunha“-Hotspot noch einen anderen Grund, warum sie sich bei Ihrer Arbeit auf den Südatlantik fokussieren?

Bunge: In der Tat gibt es am Südatlantik ein interessantes Phänomen zu beobachten: Auf der afrikanischen Seite des Ozeanbeckens ragen die Landmassen weit auf, dort entstand ein Hochplateau, das 1000 Meter und mehr über dem Meeresspiegel liegt. Diese Topographie ist nicht durch Auffaltung von Kontinentalplatten entstanden, wie dies bei Gebirgen wie den Alpen der Fall ist. Schaut man sich hingegen das korrespondierende Gegenstück in Südamerika an, ist die Topographie dort viel weniger ausgeprägt, obwohl sich die beiden Kontinente früher bekanntlich aus einer großen Landmasse geteilt haben. Geomorphologen beschäftigen sich im Rahmen unseres Programms damit, in welchen Zeiträumen diese Höhendifferenz entstanden sein könnte.

planeterde: Ist denn schon geklärt, warum dies passiert ist?

Bunge: Diese Frage stellen wir uns auch. Es geht darum, Beobachtungen, die im Gelände gemacht werden, durch Grundlagenforschung auf eine wissenschaftliche Basis zu stellen. Wir wissen, dass der Erdmantel und die tiefe Erde unterhalb des Atlantiks ungewöhnlich warm sind. Diese hohen Temperaturen sorgen dafür, dass das Gestein an manchen Stellen an die Erdoberfläche treibt und dort aufbricht. Um diese Beobachtungen zu verifizieren, setzen wir komplexe Computermodelle ein, die nur von Hochleistungsrechnern verarbeitet werden können.

planeterde: Wie stellt sich eigentlich die Zusammenarbeit im Schwerpunktprogramm SAMPLE dar? Es ist sicherlich nicht immer ganz einfach, all die Forscherteams, die an Land und auf dem Wasser über den Globus verstreut sind, zu koordinieren.

Bunge: Ein Koordinator ist ein bisschen wie ein Konzertmeister. Man hat es mit sehr verschiedenen Gruppen zu tun, die auf unterschiedlichen Gebieten hervorragende Arbeit leisten können. Innerhalb der Teams fällt die Zusammenarbeit leicht, da die Teilnehmer das gleiche Vokabular verwenden. Die Kommunikation über Gruppengrenzen hinweg ist hingegen manchmal schon etwas schwieriger.

Die Aufgabe des Koordinators besteht nun darin, durch regelmäßige Treffen, Seminare und Diskussionsrunden das Verständnis für die Arbeit der anderen Forscherteams zu erhöhen. Bei solchen Treffen stellen alle Projektteams ihre Fortschritte der letzten Monate vor. Dazu laden wir immer auch eine größere Zahl von auswärtigen Gästen ein, die ihre eigene Expertise in die Gespräche einbringen. Schwerpunktprogramme sind deshalb in meinen Augen ein ganz wichtiges, vereinendes Instrument, das übrigens in anderen Ländern eher eine Seltenheit ist. Da ist Deutschland wirklich gut aufgestellt.

planeterde: Herr Professor Bunge, vielen Dank für dieses Gespräch.


Nähere Informationen zu den Projekten des SAMPLE-Programms finden Sie hier.

RD, iserundschmidt 05/2010

Verweise
Bild(er)