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Vom Werden und Vergehen der High Plains

26.09.2018

Einem Buckel des Erdmantels war es zu verdanken, dass sich am Fuss der Rocky Mountains die High Plains bildeten, die für die Biodiversität und die US-Landwirtschaft von grösster Wichtigkeit sind. ETH-Geologe Sean Willett untersuchte mit Kollegen der Universität Nevada, wie sich diese aussergewöhnliche Landschaft entwickelt.

Am östlichen Fuss der Rocky Mountains im Mittleren Westen erstreckt sich über mehrere Bundesstaaten eine aussergewöhnliche Landschaft: die High Plains. Auf diesen nur ganz sanft geneigten Ebenen – auf einer Länge von rund 500 Kilometern senken sich diese bloss um wenige hundert Meter ab – herrschen einzigartige ökologische Bedingungen, und sie sind eine geologische Besonderheit.


Zahlreiche temporäre Seen kennzeichnen die High Plains am östlichen Fuss der Rocky Mountains.

Quelle: Google Earth / Landsat / Copernicus

In den High Plains liegen 100'000 kleine saisonale Seen, Playas genannt, die mehrheitlich durch Regenwasser gespeist werden und in Trockenperioden austrocknen. Die Seen sind ein wichtiges Brut-, Rast- und Überwinterungsgebiet für Millionen von Vögeln, und sie versorgen auch ein Grundwasserreservoir, den Ogallala-Aquifer.

Dieser ist das grösste Grundwasserreservoir Nordamerikas und mit einer Ausdehnung von 450'000 Quadratkilometern mehr als zehnmal so gross wie die Schweiz. Ohne dieses Grundwasservorkommen wäre Landwirtschaft in dieser trockenen Region kaum möglich.

Mitnichten geologisch uninteressant

Geologen haben sich jedoch kaum mehr mit den High Plains befasst. «Die Gegend ist für einen Alpengeologen zu flach und gilt als uninteressant», schmunzelt Sean Willett, Professor für Geologie an der ETH Zürich.

Er und zwei Kollegen von der Universität Nevada wurden dann aber durch Zufall auf «merkwürdige Muster der Flüsse», welche die High Plains durchziehen, auf das Gebiet aufmerksam. Und nun zeigen sie in einer Publikation in der Fachzeitschrift "Nature" die ungewöhnliche geologische Geschichte der Region nach.

Entstanden sind die weiten Ebenen vor 20 Millionen Jahren. Die Erdwissenschaftler gehen davon aus, dass aufstossendes Material im Erdmantel eine Art Buckel bildete, der sich im Laufe der Zeit von West nach Ost unter der Kontinentalplatte hindurch verschob.

Zuerst hob dieser Buckel das Colorado-Plateau an, dann die Rockies und in heutiger Zeit schliesslich die Ebenen selbst. Dadurch stieg das Gefälle von den Bergen hin zu diesen Ebenen, die Erosion von Material nahm zu. Während 15 Millionen Jahren ergoss sich eine massive Sedimentflut aus den Bergen über die an ihrem Fuss gelegenen Ebenen und Flusstäler.

Flüsse transportierten das Material weg und lagerten es als hunderte von Kilometern messende Schwemmfächer am Fuss der Berge ab. Flusstäler wurden mit Kies und grobem Sand aufgefüllt, die daran angrenzenden Gebiete vollständig mit feinem Material «gepflastert».

Kalkschicht dichtete Seen ab

Weil die Schwemmfächer ein nur geringes Gefälle aufwiesen, fehlten Flüsse mit starker erodierender Kraft. So konnten sich auf ihren mit feinem Sand, Schlamm und Lehm versiegelten Ebenen Seen bilden, da Regenwasser in Senken lange stehen blieb.

Chemische Prozesse liessen die Seeböden mit der Zeit verkalken. So entstanden bis zu 10 Meter dicke Kalkschichten. Schliesslich bildeten sich Risse im Kalk, durch welche das Wasser versickerte und ein Grundwasservorkommen von fast unvorstellbarem Volumen und einer gewaltigen Ausdehnung schuf.

Vor rund drei bis fünf Millionen Jahren stoppte der Sedimentzustrom. Seither haben sich die High Plains (abgesehen von den menschlichen Tätigkeiten) geologisch gesehen kaum verändert. «Sie sind eine sehr alte Landschaft», sagt Willett.

Die Flüsse aus den Rocky Mountains aber suchten sich neue Wege und frassen sich dabei an den Rändern der urzeitlichen Schwemmfächer immer tiefer in den Untergrund ein. Dieser Prozess ist nicht abgeschlossen und auch nicht aufzuhalten: Die Flüsse tragen die Schwemmfächer weiter ab, was an den Klippen sowie den baumartigen Mustern, die Bäche und Flüsse in den Untergrund graben, zu erkennen ist. «Was wir heute sehen, ist ein Übergangszustand dieser Landschaft», betont der ETH-Professor. «In fünf bis zehn Millionen Jahren werden die High Plains restlos abgetragen sein.»

Zerfall der Schwemmfächer unaufhaltsam

Eine unmittelbare Gefährdung des Grundwasservorkommens sieht Willett nicht. Dennoch müsse man sich im Klaren darüber sein, dass die Kräfte, welche die High Plains zersetzen, schon heute darüber bestimmten, wo Grundwasser vorkomme und wo Landwirtschaft möglich sei.

Die High Plains sind weltweit einzigartig. Zwar gibt es solche gigantischen Schwemmfächer auch in Südamerika und im indischen Teil des Himalajas. «Aber die High Plains sind seit vier bis fünf Millionen von Jahren inaktiv, während sich die übrigen grossen Schwemmfächer noch immer aktiv weiterentwickeln», sagt der Forscher.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Sean Willett, Geologisches Institut, ETH Zürich, Tel. +41 44 632 69 51, Mail swillett​@erdw.​ethz.​ch

Originalpublikation:

Willett S, McCoy SW, Beeson HW. Transience of the North American High Plains landscape and its impact on surface water. Nature (2018), published online Sept 19th. doi:10.1038/s41586-018-0532-1

Weitere Informationen:

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2018/09/wie-die-hi...

Peter Rüegg | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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