Sind Sie bereit für eine erbauliche Geschichte? Die 18. Etappe der Tour de France führt am südlichen Rand des herrlichen Parc National des Écrins vorbei, einem Gebirgsmassiv mit Gipfeln, die 4102 Meter hoch sind. Die Druckkräfte, die zur Bildung dieser Berge führten, endeten vor Millionen von Jahren. Dennoch steigen sie jedes Jahr um etwa zwei Millimeter. Das bedeutet, dass die Berge nördlich der 18. Etappe seit der ersten Tour de France im Jahr 1903 um bis zu 240 Millimeter angestiegen sein könnten.
In dieser spannenden Geschichte erforschen wir die Prozesse, die die Hebung in diesem Teil der Alpen vorantreiben, und fragen uns: Wenn die Kollision tot ist, warum heben sich dann die Westalpen aktiv?
Woher wissen wir, dass die Alpen steigen?
Auch wenn es den Anschein hat, dass die Erde stationär ist, so ist doch ein Großteil der Oberfläche langsam in Bewegung. Geowissenschaftler verfolgen diese Bewegungen mit der gleichen GPS-Technologie wie Ihr Smartphone. Das GPS trianguliert Ihre Position bis auf wenige Meter genau mit Hilfe der Signale einer Satellitenkonstellation. Moderne High-End-GPS-Systeme zeichnen sich durch eine unglaubliche Genauigkeit aus und sind in der Lage, Standorte auf den Millimeter genau zu lokalisieren. Durch die kontinuierliche Überwachung fester GPS-Stationen über viele Jahre hinweg messen Geowissenschaftler die Verschiebung tektonischer Platten und vertikale Höhenveränderungen. Morgen, auf Etappe 19, erzählen wir Ihnen mehr darüber, wie das funktioniert.
GPS-Messungen zeigen eine Hebung von etwa ein bis drei Millimetern pro Jahr entlang der Alpen. Dies mag langsam erscheinen, aber in den Weiten der geologischen Zeit formt die Hebung die Landschaften tiefgreifend. Er bildet die Topographie, fördert die Erosion, lenkt Flüsse und Küstenlinien um und beeinflusst die Spannungen in der Kruste, die die Seismizität antreiben.
Hohe Topographie
Um die Entstehung der Westalpen zu erklären, müssen wir einen Schritt zurückgehen. Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, warum Gebirgsgürtel höher sind als ihre Umgebung? Die äußere Schicht der Erde – die Lithosphäre – besteht aus der Kruste und dem lithosphärischen Mantel. Die Lithosphäre schwimmt auf dem dichteren, halbflüssigen asthenosphärischen Mantel darunter, so wie Eis im Wasser schwimmt. Die Spitze eines Eisbergs ist aufsteigend und wird durch den Auftrieb des untergetauchten Eises gestützt. Die Spitze des Eisbergs wird höher aufragen, wenn sie von einem dickeren, größeren Volumen an untergetauchtem Eis getragen wird.
Die topografische Vielfalt der Erde, von den Tiefen der Ozeane bis zu den Höhen der Berge, ist in erster Linie auf Unterschiede in der Dicke der Erdkruste zurückzuführen. Das ist die weniger dichte obere Schicht der Lithosphäre. Unter den Ozeanen ist die Kruste etwa 10 Kilometer dick, während sie auf den Kontinenten auf durchschnittlich 30 Kilometer ansteigt. Die hoch aufragende Topographie der Alpen wird von einer Krustenwurzel gestützt, die bis in fast 60 Kilometer Tiefe reicht. Wir nennen das Gleichgewicht der Kräfte, die die Erdoberfläche stützen, Isostase. Wie wir sehen werden, führt eine Störung dieses Gleichgewichts dazu, dass sich die Erdoberfläche hebt oder senkt.
Das war’s noch nicht
Die dicke Alpenkruste entstand durch eine Kontinentalkollision zwischen der Adriatischen Platte (der Südseite der Alpen) und der Europäischen Platte (der Nordseite), die vor etwa 34 Millionen Jahren begann. Diese Landmassen waren einst durch den alpinen Tethys-Ozean getrennt. Die Subduktion zog die beiden Kontinente aufeinander zu, schloss den Ozean und ließ sie kollidieren. Die Druckkräfte stapelten und quetschten Scheiben der kollidierenden Kruste, verdickten sie und bildeten eine hohe Topographie. Diese Kollision endete vor etwa 5 Millionen Jahren. Um den heutigen Aufschwung zu erklären, müssen wir also nach einer anderen Ursache suchen. Lassen Sie uns einfach unsere erbauliche Geschichte mit einem nächsten Hinweis fortsetzen.
Rechts: Im Wasser schwimmende Eissäulen. Dickere Eissäulen stützen höhere Erhebungen. Nur die Spitze der Eissäule ist aufgetaucht. Der größte Teil des Eisvolumens ist überflutet und stützt das auftauchende Eis schwimmend.
Aber was ist dann die Ursache für den Aufschwung?
Während der letzten Eiszeit, die vor etwa 20 bis 23 Tausend Jahren ihren Höhepunkt erreichte, waren die Alpen von einem dicken Eisschild bedeckt. Das Gewicht dieses Eises drückte auf die Lithosphäre und drückte die Landoberfläche nach unten. Die Eislast wurde freigesetzt, als das Inlandeis schnell schmolz und die Landoberfläche begann, sich zu erheben und ihr voreiszeitliches Niveau wieder zu erreichen. Ursprünglich mögen Hebungsraten von zehn Millimetern pro Jahr die Alpen betroffen haben. Tausende von Jahren später sehen wir immer noch die Auswirkungen dieser Entladung, allerdings mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Millimeter pro Jahr. Dies erklärt also die Hälfte der heutigen Hebung der Westalpen. Geowissenschaftler glauben(Sternai et al.), dass die andere Hälfte mit dem dramatischen Todeskampf der Subduktion unterhalb des Gebirgsgürtels zusammenhängt.
Rechts: Die Ausdehnung des alpinen Eisschildes während des letzten glazialen Maximums vor 20 – 23 Tausend Jahren wurde durch die Beobachtung der vom Eis hinterlassenen Landformen kartiert. Die 18. Etappe der Tour de France findet am Rande des ehemaligen Inlandeises statt. Die Grenze des Eisschildes basiert auf Ehlers & Gibbard.
Tod einer Subduktionszone
Die Subduktion, die schließlich zur Kollision des europäischen und des adriatischen Kontinents führte, wurde durch den Sog der dichten, schweren ozeanischen Lithosphäre verursacht, die in den asthenosphärischen Mantel einsinkt. Diese subduzierte Lithosphäre – eine Platte – war eine schwere Last, die auf die darüber liegenden Alpen drückte.
In aktiven Subduktionszonen hinterlässt die Platte eine Spur von tiefen Erdbeben, die durch die Spannungen der Subduktion verursacht werden. Geophysiker nutzen auch seismische Wellen, die sich durch die Erde bewegen, um die Tiefen unter den Alpen abzutasten. Es handelt sich um eine Technik namens teleseismische Tomographie. Mit diesen Ansätzen stellen sie fest, dass die Platte nicht mehr mit der Oberfläche verbunden ist.
Rechts: Die dicke, schwimmfähige europäische Kruste widersteht dem Sog der Platte, so dass sie schließlich abbricht. Durch das Nachlassen dieses Plattenzuges hebt sich der Gebirgsgürtel.
Als die Kontinentalkollision fortschritt, widerstand die dicke, schwimmfähige kontinentale Kruste der Alpen und der europäischen Platte dem Sog der sinkenden Platte. Diese Spannung führte schließlich dazu, dass die Platte von der Oberfläche abbrach. Durch den Abbruch wurde die schwere Last der Platte beseitigt, was zu einer Hebung der Alpenkruste führte. Es war frei, sich wieder zu erheben.
Die Subduktionszone unter den Westalpen mag tot sein, aber die Berge sind lebendig. Sie werden durch die vorübergehenden Auswirkungen der Deglazialisierung und das Abrutschen der Platte in die Tiefen des Mantels aufrechterhalten. Durch die Störung des isostatischen Gleichgewichts der Lithosphäre formen beide Prozesse weiterhin die Gebirge um Stufe 18. Das macht diese Etappe zu einer ziemlich erbaulichen Geschichte.
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