Tief unter dem Balkan laufen gewaltige geologische Prozesse ab. Die afrikanische Erdplatte schiebt sich unter die europäische. Doch manchmal kehrt sich dieser Prozess um. Riesige Gesteinsmassen tauchen zunächst über 100 Kilometer tief in die Erde ab – und steigen dann wieder nach oben. Wie ein Aufzug, der sich seinen Weg durch tonnenschwere Schichten bahnt.
Zwei Forscher der TU Bergakademie Freiberg haben nun mit Computermodellen gezeigt, wie dieser Prozess funktioniert. Ihre Erkenntnis liefert eine neue Erklärung für die Entstehung des Rhodopen-Gebirges in Südbulgarien. Der Gebirgszug entstand vor 40 Millionen Jahren – und ist damit deutlich jünger als bisher angenommen.
30 bis 50 Millionen Jahre jünger
Dr. Iskander Muldashev und Prof. Thorsten Nagel haben das Phänomen der sogenannten vertikalen Extrusion untersucht. Bei diesem Prozess steigen versunkene Gesteine senkrecht wieder auf. „Unsere Computermodelle zur Entstehung der Rhodopen erklären den tektonischen Prozess dieser sogenannten vertikalen Extrusion", sagt Muldashev. Die Modellierungen zeigten, wie der Gebirgszug erst vor 40 Millionen Jahren durch den Aufstieg von Gesteinen der afrikanischen Platte entstand. Bisher ging die Wissenschaft von einem Alter von etwa 80 Millionen Jahren aus.
Nagel erforscht das Gebirge seit 20 Jahren. Mit Kollegen verschiedener Universitäten hat er zahlreiche Gesteinsproben untersucht. „Mineralogische Untersuchungen belegen, dass große Teile der Rhodopen in Tiefen bis zu 100 Kilometern versenkt wurden", erklärt er. Isotopengeochemische Daten – also Messungen radioaktiver Elemente im Gestein – zeigten, dass dieser Prozess vor etwa 40 bis 45 Millionen Jahren stattfand. Damit könnten große Teile der Rhodopen direkt aus der afrikanischen Platte stammen.
Auftrieb drückt Kruste auseinander
Die Computermodelle beantworten eine entscheidende Frage. Wie kann versunkenes Gestein gegen enorme Druckkräfte nach oben steigen? Die Antwort liegt im Auftrieb. Der Auftrieb der versenkten Kruste ist stark genug, um die darüber liegende europäische Kruste horizontal auseinander zu drücken. „Das Besondere in den Rhodopen ist, dass trotz mehr als 100 Kilometer scheinbarer Dehnung die Erdkruste in diesem Gebiet besonders dick blieb", ergänzt Nagel. Dies sei ein weiterer Hinweis darauf, dass große Mengen von Material aus der Tiefe nach oben kamen und in die darüberliegende europäische Kruste eindrangen.
Für ihre Berechnungen nutzten die Wissenschaftler die Rechenkapazitäten am Rechenzentrum der TU Bergakademie Freiberg. Mit einer speziellen Software ließen sich komplizierte Verformungsprozesse wie das Brechen und Fließen von Gesteinen simulieren. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Geology. Im September sammelte Nagel weitere Gesteinsproben in Bulgarien. Geplante Altersbestimmungen könnten bald weitere Belege für die Computermodelle liefern.
Originalpublikation:
Iskander A. Muldashev; Thorsten J. Nagel: The Rhodope Metamorphic Complex as a case for extreme vertical extrusion
