Globale Abkühlung im Pliozän ließ auf dem Andenplateau tiefe Schluchten entstehen

Am Einschneiden von Schluchten in eine Berglandschaft schätzen Wissenschaftler häufig ab, wie stark sich die Oberfläche durch geodynamische und tektonische Prozesse gehoben hat. Jedoch können solche Einschnitte auch durch Änderungen des Klimas verursacht werden.

Richard O. Lease und Professor Todd A. Ehlers vom Fachbereich Geowissenschaften der Universität Tübingen haben eine Reihe von 1,5 bis 2,5 Kilometer tiefen Schluchten entlang eines 1250 Kilometer langen Abschnitts des östlichen Rands des Andenplateaus in Südamerika, in Peru und Bolivien, untersucht. Nach Erkenntnissen der Forscher begannen die Erdbebenaktivität und Gebirgsbildung am nordöstlichen Plateaurand im Miozän vor rund 20 Millionen Jahren oder früher im Einzugsgebiet des Rio San Gaban im heutigen Peru. Darauf folgte der Einschnitt der Schluchten im Pliozän vor rund vier bis drei Millionen Jahren. Gleichzeitig wechselte das globale Klima von einer warmen Periode im frühen zu einer Kälteperiode im späten Pliozän.

Das Einschneiden der Flüsse in das Andenplateau wurde nach Ansicht der Forscher durch eine bereits wissenschaftlich dokumentierte globale Klimaabkühlung kontrolliert, welche durch Temperaturänderungen der Meeresoberfläche verursacht wurde. Diese klimatischen Änderungen hatten einen zunehmenden Eintrag von Feuchtigkeit in das Andenplateau zur Folge, wodurch Flusseinschnitte und Erosion verstärkt wurden. Die Forschungsergebnisse werden aktuell in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Die verschiedenen klimatischen und tektonischen Einflüsse, die eine Berglandschaft geformt haben, sind oft schwer zu unterscheiden. Die Wissenschaftler nutzten geochemische Methoden, um die Geschichte der Flusseinschnitte im Andenplateau genau zu rekonstruierten. Sie stellten fest, dass sich die Schluchten am östlichen Rand des Plateaus in den letzten Millionen Jahren immer schneller vertieft hatten.

Um den Beginn dieses Prozesses zu bestimmen, untersuchten sie Abkühlungsraten von Gesteinen, die heute in der Rio San Gaban-Schlucht an der Oberfläche liegen. Dazu nahmen sie Gesteinsproben in verschiedenen Tiefen der Schlucht und auf beiden Seiten einer Hauptbruchlinie der Erdkruste und datierten die Proben mit Hilfe der Uran-Thorium-Helium-Thermochronologie an den Mineralen Apatit und Zirkon. Bei dieser Methode macht man sich zunutze, dass das radioaktive Uran und Thorium zeitabhängig und unter Freisetzung von Helium zerfallen. Während Gebirge abgetragen werden, kommen Gesteine im Laufe der Zeit aus großer Tiefe an die Erdoberfläche und kühlen dabei langsam ab. Unterhalb einer sogenannten Schließungstemperatur beginnt das Mineral, Helium anzureichern und funktioniert dann als geologische Uhr. Aus dem Gehalt an Uran, Thorium und Helium lässt sich das Abkühlalter dieser Gesteine bestimmen.

„Unsere Messungen zeigen, dass sich über eine Strecke von 1250 Kilometern am östlichen Rand des Andenplateaus in mehreren Regionen die Schluchten in den vergangenen drei bis vier Millionen Jahren im Pliozän besonders schnell eingeschnitten haben“, sagt Todd Ehlers. Diese Einschnitte sind beiderseits von tektonischen und geodynamischen Grenzen zu beobachten, was nahelegt, dass sie mit diesen Prozessen nicht ursächlich zusammenhängen.

„Dagegen lief diese Entwicklung parallel zum globalen Klimawandel im Pliozän“, erklärt der Wissenschaftler. Während des Übergangs von der warmen Phase im frühen Pliozän zur späteren kalten Phase änderten sich die Oberflächentemperaturen der Meere. In der Folge erhöhten sich die Niederschlagsmengen über dem Ostrand des Andenplateaus stark. „Wir gehen davon aus, dass die tiefen Schluchten am östlichen Rand des Andenplateaus im späten Pliozän vor drei bis vier Millionen Jahren durch diesen Klimawandel entstanden sind“, sagt Todd Ehlers.

Publikation:
Richard O. Lease, Todd A. Ehlers: Incision into the eastern Andean Plateau during Pliocene cooling. Science, 16. August 2013.
Kontakt:
Prof. Dr. Todd Ehlers
Universität Tübingen ∙ Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Fachbereich Geowissenschaften – Mineralogie und Geodynamik
Telefon +49 7071 29-73152
todd.ehlers[at]uni-tuebingen.de