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Asymmetrische Kontinentränder und die lange Geburt eines Ozeans

06.06.2014

Während sich vor der angolanischen Küste 200 Kilometer breite, stark ausgedünnte Schichten der kontinentalen Kruste befinden, zeigt die dazu gehörige brasilianische Seite einen abrupten Übergang von kontinentaler zu ozeanischer Kruste.

Woher die asymmetrischen Kontinentränder und die stark ausgedünnten Krusten kommen, war bisher unbekannt.


Ein neugeborener Ozean. Nur wenige Kilometer trennen die massiven Riftschultern der Sinai-Halbinsel vom Afrikanischen Kontinent auf der anderen des Golf von Suez. Vor 130 Millionen Jahren hat der junge Atlantische Ozean zwischen Afrika und Südamerika vermutlich ähnlich ausgesehen. (Bild: Christian Heine, Universität von Sydney, Creative Commons)


Asymmetrie der südatlantischen Kontinentalränder. Das Bild zeigt einen modellierten Querschnitt durch den Südatlantik, kurz nach dem Auseinanderbrechen Afrikas und Südamerikas vor 120 Millionen Jahren. (Bild: Sascha Brune, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ)

Asymmetrische Kontinentränder und die lange Geburt eines Ozeans

Als sich vor 150 bis 120 Millionen Jahren Südamerika von Afrika abspaltete, entstand der Atlantische Ozean und trennte das heutige Angola von Brasilien. Überraschenderweise sind die dabei gebildeten Kontinentalränder sehr unterschiedlich. Während sich vor der angolanischen Küste 200 Kilometer breite, stark ausgedünnte Schichten der kontinentalen Kruste befinden, zeigt die dazu gehörige brasilianische Seite einen abrupten Übergang von kontinentaler zu ozeanischer Kruste.

Woher die asymmetrischen Kontinentränder und die stark ausgedünnten Krusten kommen, war bisher unbekannt. Geowissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ, der Universität Sydney und der Universität von London legen in der aktuellen Ausgabe von „Nature Communications“ ein Erklärungsmuster vor. Sie rekonstruierten mithilfe von hochaufgelösten Computermodellen und geologischen Daten der Südatlantischen Kontinentalränder die Vorgänge in diesen, auch „Rifts“ genannten, kontinentalen Bruchzonen.

Die Wissenschaftler stellten fest, dass das Riftzentrum während des Auseinanderbrechens eines Kontinents nicht statisch bleibt, sondern wandert: „Wir konnten zeigen, dass Riftsysteme sich über mehrere hundert Kilometer bewegen können“, erläutert Dr. Sascha Brune vom GFZ. „Bei diesem Prozess wird die Erdkruste an einer der beiden Riftflanken durch heißes, aufströmendes Gestein geschwächt, das aus dem darunter liegenden Erdmantel aufströmt. Daher bilden sich neue Risse im Rift - die Grabenbrüche - immer nur auf dieser Riftseite.

Die Risse an der anderen Riftflanke werden inaktiv, weil sie nicht durch das heiße Mantelgestein beeinflusst werden.“ Die neuen Grabenbrüche lassen an der geschwächten Riftseite ein neues Riftzentrum entstehen, während das alte Zentrum seine Aktivität wegen fehlenden Wärmenachschubs einstellt. Das führt im Resultat zu einer seitlichen Bewegung des Rifts. Diese Riftwanderung ist gleichbedeutend damit, dass Material aus der südamerikanischen Platte herausgelöst und an die afrikanische Platte angelagert wird. Die so transferierten Krustenblöcke werden im Einflussbereich des Rifts stark gedehnt und bleiben letztlich als die bisher unerklärten dünnen Krustenschichten hinter dem Rift zurück.

Eine solche Verlagerung des Rifts braucht ihre Zeit: Zwischen dem heutigen Angola und Brasilien wanderten die Grabenbrüche seinerzeit mehr als 200 Kilometer in Richtung Westen. Das wiederum verzögerte das kontinentale Auseinanderbrechen und die damit einhergehende Bildung ozeanischer Kruste um bis zu 20 Millionen Jahre. Die Modelle der Wissenschaftlergruppe und Analysen der südatlantischen Kontinentalränder zeigen übereinstimmend, dass die Dehnungsgeschwindigkeit dabei eine dominierende Rolle spielt: Je schneller die Kruste gedehnt wird, desto länger wandert der Grabenbruch und um so ausgeprägter wird die Asymmetrie der neuen Kontinentränder.

Damit stellt sich für die Theorie der Plattentektonik eine neue Frage: während des Auseinanderbrechens werden offenbar gewaltige Mengen an Gesteinsmaterial von der einen auf die andere Seite der Plattengrenze verlagert, ein Vorgang, der bisher nur unzureichend berücksichtigt wurde.

Grabenbrüche sind ein wichtiges tektonisches Element unserer Erde. Sie sind für die heutige Form der Kontinente verantwortlich und wirken auch noch heute aktiv. Ein markantes Beispiel ist das derzeitige Auseinanderbrechen Ostafrikas. Untersuchungen des Ost-Afrikanischen Grabensystems geben uns Kenntnisse über die ersten Phasen des kontinentalen Auseinanderbrechens. Mit Beobachtungsdaten und Modellierungen von Krustenstrukturen an Kontinentalrändern entsteht ein umfassendes Bild der Prozesse, die in Riftsystemen wirksam sind. Die jetzt veröffentlichte Studie liefert entscheidende, neue Einblicke in die komplexen Vorgänge von Grabenbrüchen und dem Auseinanderbrechen von Kontinenten.

Brune, S./Heine, C./Marta Pérez-Gussinyé, M./Sobolev, S.: "Rift migration explains continental margin asymmetry and crustal hyper-extension”, Nature Communications. 5:4014 doi: 10.1038/ncomms5014 (2014), 06.06.2014

Franz Ossing | GFZ News
Weitere Informationen:
http://www.gfz-potsdam.de/

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