Geowissenschaften

Geowissenschaften - BdW 5/95
Wanderer zwischen den Kontinenten
Terrane kitten das Konzept der Plattentektonik.
Die Plattentektonik gilt als Universal-Schlüssel zur Dynamik der Erde. Doch immer neue geologische
Funde wecken Zweifel. Eine Lösung verspricht das Konzept der Terrane - Splitter der Erdkruste, Tausende
von Kilometern weit verschleppt.
Für ihre Habilitationsschrift reiste Dr. Eva Klaper bis ans Ende der Welt - nach Ellesmere-Island. Mit ihren
schroffen, eisbedeckten Bergen sitzt die Insel an der Nordspitze des 1,3 Millionen Quadratkilometer
großen kanadisch-arktischen Archipels.
Nur 750 Kilometer vom Pol entfernt schlug die Berner Geologin ihr Zelt auf.
Zwei Monate Hocharktis: Für Eva Klaper hieß das, forschen in der betörenden Stille einer im
Mitsommerlicht gleißenden Landschaft. Aber auch: Geologische Feldarbeit im knietiefen, nassen Schnee
und Warten auf den Helikopter, der wegen Nebel nicht fliegen kann.
Doch die Mühen haben sich gelohnt.
Vor kurzem legte Eva Klaper ihre Habilitationsschrift vor, in der sie die Entwicklung von EllesmereIsland beschreibt - ein Schlüssel zur komplexen geologischen Geschichte der Arktis.
Die Geologin interessierte sich vor allem für das Terran Pearya an der Nordküste der Insel. Terrane sind
relativ kleine geologische Einheiten - winzige Kontinente gewissermaßen -, die durch Trennfugen
voneinander oder von benachbarten Kontinentteilen abgegrenzt sind. Im Vergleich zu den umgebenden
Felspartien bestehen sie aus grundlegend anderem Gestein.
Terrane sind Wanderer zwischen geologischen Welten. Wer ihre Geschichte entschlüsselt, erkennt, daß
sie nicht dort entstanden sein können, wo sie sich heute befinden.
Pearya zum Beispiel, das etwa die Fläche Schleswig-Holsteins einnimmt, kollidierte vor spätestens 420
Millionen Jahren mit Ellesmere-Island - wie Eva Klaper gemeinsam mit Kollegen des Kanadischen
Geologischen Dienstes herausfand. "Davor scheint das Terran mit dem heute 1400 Kilometer entfernten
Westspitzbergen verwachsen gewesen zu sein", sagt die Geologin. "Denn das Alter des Grundgebirges
von Pearya ist vergleichbar mit Datierungen, die in Westspitzbergen, nicht jedoch in der kanadischen
Arktis oder auch in Ostspitzbergen gefunden wurden " Das nach dem Nordpolforscher Robert Peary (1856
bis 1920) benannte Terran ist nur ein Beispiel für jene vielen hundert Splitter der Erdkruste, die sich einst
auf großer Fahrt durch die Weltozeane befanden, um schließlich an Kontinenträndern anzudocken.
Noch ist ungeklärt, wann sich das Pearya-Terran von Westspitzbergen löste. Fest steht indes, daß seine
Drift mit Hilfe der Plattentektonik rekonstruiert werden kann. Plattentektonik - das ist die moderne
Theorie einer dynamischen Erde, auf der sich riesige Platten der Erdkruste gegeneinander verschieben.
Schon kurz nach der Jahrhundertwende hatte der Geowissenschaftler Alfred Wegener postuliert, daß
die Kontinente auf dem Globus im Laufe der Jahrmillionen "gewandert" seien. Die während einer Eiszeit,
der großen permo-karbonischen Kaltzeit, vor 300 Millionen Jahren entstandenen Gletscherschliffe und
Moränenablagerungen in der Antarktis, in Südamerika, Australien, Indien und Südafrika erklärte er damit,
daß er die Südkontinente in einem gigantischen globalen Puzzle zusammenfügte. Doch Wegeners
Hypothese hatte ein entscheidendes Manko: Der Forscher fand nicht heraus, welche Kräfte die Drift
verursachen.
Erst in den sechziger Jahren entdeckten US-amerikanische Wissenschaftler den Fahrtenschreiber der
Krustenschollen. Symmetrische magnetische Streifenmuster zu beiden Seiten der vulkanischen
Mittelozeanischen Rücken belegen, daß an der "Rückennaht" ständig Lava herausquillt und neuen
Meeresboden bildet - der wie auf einem gigantischen Fließband zur Seite driftet. Dabei schleppt er die
Kontinente mit - als Teil riesiger tektonischer Platten.
Die Kontinente wandern also nicht allein, wie Wegener annahm. Sieben größere und etliche kleine,
relativ starre Lithosphärenplatten bilden die bewegliche Haut der Erde (siehe Grafik "Das Platten-Muster
der Erde", S. 51).
Konvektionsströme unterhalb der Lithosphäre bilden das Förderband der Platten. Die an den
mittelozeanischen Rücken entstandene neue Kruste driftet wenige Zentimeter pro Jahr seitwärts - etwa so
schnell, wie unsere Fingernägel wachsen. Nach Jahrmillionen taucht die schwere ozeanische Kruste an
Kontinentalrändern wieder unter die leichtere kontinentale Lithosphäre ab (siehe Grafik "Wirbel um das
Erdinnere", S- 52). Zeugen davon sind Vulkanketten.
Die Lehre von der Plattentektonik konnte unterschiedlichste Phänomene wie Gebirgsbildungen,
Vulkanismus und Erdbeben wie aus einem Guß erklären. Freilich blieben noch viele Fragen offen. So
hatten Anfang der achtziger Jahre Wissenschaftler der Hannoveraner Bundesanstalt für
Geowissenschaften eine geologische
Karte des antarktischen Nord-Victoria-Lands vorgelegt und verblüfft feststellen müssen, daß hier, am
Rand der Milliarden Jahre alten ostantarktischen Festlandsmasse, höchst unterschiedliche
Gesteinsverbände unmittelbar aneinander grenzen.
Ein Rätsel war, was hier auf dem Kontinent die Reste eines ehemaligen Inselbogens zu suchen hatten:
die Bowers-Gruppe, ein 30 Kilometer schmaler und 450 Kilometer langer Streifen aus Kissenlaven und
anderen vulkanischen Gesteinen, die aus untermeerischen Lavaergüssen stammen müssen.
Ozeanische Kruste auf festem Land? Hatten die Plattentektoniker nicht eben
Terrane sind Splitter der Erdkruste, die einst auf großer Fahrt durch die Weltmeere waren
erst postuliert, daß an Kontinentalrändern schwere ozeanische Lithosphäre unter leichtere kontinentale
abtaucht? Gemeinsam mit neuseeländischen Kollegen gingen die Hannoveraner Wissenschaftler der
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Million Insel im äußersten Norden Kanadas, birgt den Schlüssel zur Geschichte der Arktis: das Terran Pearya,
dessen Gestein sich völlig von dem der übrigen Insel unterscheidet. Deutlich zeichnet sich in den
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Jahre Bergen (mittleres Foto) die Terran-Grenze als helle Naht ab.
n ein Kontinentalrand Gondwanas gewesen war, an dem die Lithosphärenplatte des Urpazifik unter den
südlichen Superkontinent abgetaucht war. Offenbar waren die Gesteinsverbände der Bowers-Gruppe als
Teile der ozeanischen Platte gleichsam Huckepack an den Rand Gondwanas herangetrieben, in der Zeit
zwischen 530 und 480 Millionen Jahren vor heute mit dem antarktischen Festlandsschild kollidiert und
dann von ihrer Unterlage "abgeschabt" worden.
Nordamerikanische Wissenschaftler hatten bereits ähnlich merkwürdige Gesteinsstreifen am Westrand
der Vereinigten Staaten und Kanadas entdeckt. Fossilienfunde und andere Indizien deuteten darauf hin,
daß sie möglicherweise Tausende von Kilometern weit auf der pazifischen Platte "gereist" waren. Da ihre
genaue Herkunft jedoch ungewiß war, wurden sie als "exotische Terrane" eingeordnet. "Häufig sind die
Kontakte zwischen Terran und angrenzendem Kontinent nicht auf Anhieb erkennbar", meint Prof. Gerhard
Eisbacher, "zum Beispiel, weil sie von später abgelagerten Sedimenten überdeckt sind. Man kann dann
nicht sicher sein, ob es sich tatsächlich um ein Terran handelt " Der gebürtige Österreicher, der 25 Jahre
für den Geologischen Dienst Kanadas arbeitete und seit 1984 an der Universität Karlsruhe lehrt, erklärt
weiter: "Exotisch sind die Terrane insofern, als man sich geologisch in einem völlig anderen Land
befindet, sobald man die Terrangrenze überschritten hat. Die Gesteine sprechen eine andere Sprache. Da
sind ganz andere strukturelle Signaturen, ganz andere Fossilien, ganz andere Gesteinsfolgen drin." Eva
Klaper bestätigt das für ihr Forschungsgebiet in der Arktis: "Die
Die Entdeckung der Krustensplitter hat wesentliche Widersprüche der Plattentektonik ausgeräumt
Grenze zwischen Pearya und dem angrenzenden Gesteinsverband ist messerscharf. Im Gelände findet
man die Gneise des Terrans, dann einen Meter Schutt und dann die Sedimentgesteine eines ehemaligen
Ozeanbeckens." Inzwischen sind Terrane in den Geowissenschaften groß in Mode. Prof. Eisbacher erklärt,
warum: "Die Möglichkeit, kleinere Fragmente von einer Großplatte abzutrennen, eröffnet der
Landgeologie Perspektiven, die die eigentliche Plattentektonik nicht bietet." Das Wachstum der Kontinente
sei dafür nur ein Beispiel.
Vor allem Nordamerika setzte im Lauf der letzten 200 Millionen Jahre neue Kruste an. Rund siebzig
Prozent der Kordillere, die sich von Mexiko bis nach Alaska erstreckt, besteht aus exotischen
Lithosphären-Splittern. Diese Zahl darf freilich nicht darüber hinwegtäuschen, daß ein Großteil der
heutigen kontinentalen Kruste bereits vor 3,9 bis 2,5 Milliarden Jahren (im sogenannten Archaikum)
entstanden ist. "Auch in diesem frühen Abschnitt der Erdgeschichte wuchsen die Kontinente
wahrscheinlich durch die Anlagerung von Terranen", vermutet Prof. Eisbacher.
So läßt sich aus der Perspektive der Terran-Forscher die Geschichte des einstigen Superkontinents
Gondwana äußerst detailgetreu rekonstruieren.
Dabei zeigt sich, daß hinter Entstehung und Zerfall des südlichen Großkontinents seit etwa 130
Millionen Jahren weitaus mehr steckt als das Zusammenschweißen und Auseinanderbrechen der
Südkontinente Afrika, Indien, Australien, Antarktika und Südamerika.
Tübinger und Kieler Wissenschaftler konnten jetzt belegen, daß Gondwana zu jener Zeit, als es im
Nord-Victoria-Land noch Kruste ansetzte, an anderen Stellen bereits wieder bröckelte. Überraschend vor
allem war: Kleine Reste des ehemaligen Superkontinents liegen direkt vor unserer Haustür. Zwei
Beispiele:
Û Prof. Wolfgang Frisch von der Universität Tübingen und sein Mitarbeiter Dr. Franz Neubauer sind den
verschlungenen Pfaden einiger Terrane in den Alpen auf der Spur. Das Speik-Terran im Grundgebirge der
Ostalpen etwa könnte vor 500 bis 600 Millionen Jahren ein ozeanisches Randbecken vor Afrika und damit
Teil des nördlichen Gondwana gewesen sein. Am Ende dieses Zeitabschnitts kollidierten Speik- und
Keltisches Terran mit einem vulkanischen Inselbogen und wuchsen zu einem Gebirge zusammen.
Schließlich trennte sich dieser als Nordischer Terran bezeichnete Gebirgszug von Afrika, wurde über das
damals 6000 Kilometer breite Urmittelmeer gen Norden getragen, um schließlich vor etwa 340 Millionen
Jahren mit Laurasia, dem großen Nordkontinent, zu verschmelzen.
Û Auf ein weiteres Beispiel stießen Prof. Rolf Meissner und seine Mitarbeiter an der Universität Kiel, als sie
die kaledonische Gebirgsbildung untersuchten, die sich vor 450 Millionen Jahren ereignete. Die Spuren
dieses einst erdumspannenden Faltengürtels sind im Harz und im Rheinischen Schiefergebirge ebenso zu
finden wie auf Spitzbergen, Grönland - und in Pearya. Plattentektoniker nahmen bislang an, daß die
Auffaltung geschah, als die damaligen Nordkontinente Laurentia und Baltica mit dem heutigen
Nordamerika kollidierten. Englische und norwegische Wissenschaftler hatten jedoch schon Ende der
achtziger Jahre ermittelt, daß noch ein Partner an dieser Gebirgsbildung beteiligt gewesen sein mußte. In
einer Studie wiesen die Kieler Wissenschaftler nach, daß es sich dabei um das Terran Avalonia handelte.
Es hatte sich vor 490 Millionen Jahren vom Westrand Gondwanas gelöst, wurde als Teil des Uratlantik
nach Westen verfrachtet und stieß achtzig Millionen Jahre später mit Laurentia und Baltica zusammen, die
sich ihrerseits schon gefährlich nahe gekommen waren.
Prof. Meissner: "Den Kern des Terrans haben wir zu beiden Seiten des Ärmelkanals ausgemacht. Da die
Grenzen heute jedoch in den Tiefen der Erdkruste verlaufen, haben wir ein Meßnetz ausgelegt und an
verschiedenen Punkten kleine künstliche Erdbeben ausgelöst. Die seismischen Wellen werden von den
Strukturen im Untergrund, auch von Terran-Grenzen, reflektiert. Wir können die Signale mit Meßgeräten
aufzeichnen. Die Analyse verrät dann den Verlauf der Terran-Grenzen im Untergrund." Anders als in
Skandinavien sind die
unter Großbritannien, Norddeutschland und Polen verlaufenden kaledonischen Gesteinsschichten während
der Gebirgsauffaltung kaum verformt worden. "In Nordeuropa stießen zwei große Festlandsblöcke
zusammen, weiter südlich konnte Avalonia eine solche Kraft nicht entfalten", erklärt der Direktor
Die Terran-Grenzen sind oft schwer aufzuspüren - sie liegen tlef in der Erdkruste verborgen
des Kieler Instituts für Geophysik. Und weiter: "Ohne Avalonia ließen sich viele geologische Erscheinungen
der kaledonischen Gebirgsbildung schlicht und einfach nicht erklären." Avalonia ist eines der Glanzlichter,
die die Terran-Forschung der Plattentektonik aufgesetzt hat. "Daß sich kleinere Fragmente von einer
Großplatte trennen, verschleppt werden, andocken, weiter wachsen, wieder zerschert werden - all das
gibt der Kontinentalgeologie einen Interpretations-Spielraum, den wir mit der ursprünglichen
Plattentektonik nicht hatten", resümiert Prof. Eisbacher.
Wie ihr Kieler Kollege Rolf Meissner wird auch Eva Klaper demnächst wieder nach Spuren der
kaledonischen Gebirgsbildung fahnden - diesmal jedoch nicht auf Ellesmere-Island, sondern auf
Spitzbergen. Dort wird die Berner Geologin im Sommer dieses Jahres nach jener Nahtstelle suchen, an
der im Erdaltertum die Grenze zwischen Pearya und Ellesmere beziehungsweise zwischen West- und
Ostspitzbergen verlief.
Denn wie das Gebiet des heutigen arktischen Ozeans im Erdaltertum - vor 600 bis 200 Millionen Jahren
- ausgesehen hat, ist bis heute weitgehend Spekulation.
ALBERT GERDES ist freier Wissenschaftsjournalist in Bremen. Sein Spezialgebiet ist die Polarforschung.
bdw-Videoservice
Sieben bild der wissenschaft-Videos zeigen die faszinierende Welt der Erde: Die lebende Maschine;
Ozeane: der blaue Planet; Das Klima-Puzzle; Geschichten aus anderen Welten; Die Schätze der Erde; Das
Sonnenmeer; Das Schicksal der Erde.
Die bdw-Videos aus der Serie "Planet Erde" ergänzen die Beiträge in diesem Heft mit anschaulichen
Beispielen und eindrucksvollen Bildern. Die Einführung schrieb der bekannte Geoforscher Prof. Rolf
Emmermann.
Sie können die Videos (Spieldauer je 60 Minuten, DM 79,-) bestellen mit der Karte im bdw-Service-Teil auf
Seite 99/100.
Internet Adressen
* Active Tectonics
http://www.muohio.edu/tectonics/ActiveTectonics.html
* Journal of Metamorphic Geology
http://www.gly.bris.ac.uk/www/jmg/JMG.html
* The National Atlas of Canada
http://ellesmere.ccm.emr.ca/wwwnais/sales/english/html/nais_5.html