Die Geologie Europas
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GrahamPark Die Geologie Europas Aus dem Englischen von Heiner Flick WBG� Wissen verbindet Englische Originalausgabe © Graham Park 2014 This translation ofThe Making of Europe - A geological history is published by arrangement with Dunedin Academic Press Limited, Edinburgh, Scotland. Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografiej detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Das Werk ist in allen seinen Teilen urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung in und Verarbeitung durch elektronische Systeme. © 2015 by WBG (Wissenschaftliche Buchgesellschaft), Darmstadt Die Herausgabe des Werkes wurde durch die Vereinsmitglieder der WBG ermöglicht. Producing: Palmedia Publishing Services GmbH, Berlin Textredaktion: Diana Lindner Satz: Hella Baumeister Einbandgestaltung: Peter Lohse, Heppenheim Einbandabbildungen: Großes Bild: Giant's Causeway, Nordirland © Stefano Viola - Fotolia.comj Bildleiste von li. nach re.: White Cliffs, Dover © mirrormere - Fotolia.comj Stromboli © glucchesi - Fotolia.comj Gefalteter Kalkstein, Kreta - Matauw - Fotolia.comj Dolomiten, Rosengarten © vencav - Fotolia.com Gedruckt auf säurefreiem und alterungsbeständigem Papier Printed in Germany Besuchen Sie uns im Internet: www.wbg-wissenverbindet.de ISBN 978-3-534-26720-0 Elektronisch sind folgende Ausgaben erhältlich: eBook (PDF): 978-3-534-74062-8 eBook (epub): 978-3-534-74063-5 Inhaltsverzeichnis Vorwort VII 1 Einführung 2 Die Bildung von Baltica - "Proto-Europa" 14 3 Alt-paläozoisches Wachstum von Proto-Europa 28 4 Die Kaledonische Orogenese 44 5 Die Erweiterung Europas im jüngeren Paläozoikum 62 6 Variszische Orogenese 76 7 Europa im Mesozoikum bis mittleren Känozoikum 98 8 Die Alpidische Orogenese 116 9 Jungtertiär und Quartär in Europa 148 Glossar 158 Anhang 171 Weiterführende Literatur 173 Index 175 Bildnachweis 182 1 Vorwort Der geologische Bau Europas ist - im Detail betrach­ präkambrische Kerne zum südlichen Großkontinent tet - äußerst kompliziert, und bei Reisen durch den Gondwana gehört hatten. Die Angliederung Sibiriens Kontinent begegnet man mit großer Wahrscheinlichkeit an der Ostgrenze Europas unter Auffaltung des Urals einer bemerkenswerten Vielfalt sehr unterschiedlicher vervollständigte die Bildung des nunmehr Pangäa Gesteinstypen unterschiedlichen Alters. Ein Buch, genannten Großkontinents. das versucht, den geologischen Bau und Werdegang Diese Teile Europas blieben nahezu das ganze Europas umfassend zu beschreiben, würde deshalb den Mesozoikum hindurch mit Nordamerika verbunden Rahmen sprengen. Dieses Buch bemüht sich dagegen, und trennten sich erst vor ungefähr 6S Millionen Jahren die geologische Entwicklung dieses Kontinents so dar­ mit der Öffnung des Atlantiks. zustellen, dass die Art und Weise sichtbar wird, wie der heutige komplizierte Aufbau zustande gekommen ist. Schließlich entstand im Meso- bis Känozoikum mit der Alpidischen Orogenese am Südrand Europas eine Europa als geografische Einheit ist, geologisch größere Anzahl von Gebirgen, darunter die Pyrenäen, betrachtet, vergleichsweise jung. Seine gegenwärtige die Betische Kordillere, die namensgebendenAlpen, die Form entstand vor etwa 20 Millionen Jahren während Karpaten, derApennin, die Dinariden und der Kaukasus. des Höhepunkts der Alpidischen Gebirgsbildung Damit war der tektonische Zusammenschluss des euro­ (Orogenese). Seitdem erfuhren lediglich die Küsten­ päischen Kontinents beendet. hauptsächlich durch Meeresspiegelschwankungen - Vom Leser wird erwartet, dass er mit den grund­ noch größere Veränderungen. Vor der alpidischen legenden geologischen Begriffen und Vorstellungen Gebirgsbildung, durch die eine ganze Reihe von vertraut ist. Mitunter weniger bekannte technische Gebirgen an seiner Südseite hinzukam, bestand der Begriffe werden durch Fettschrift hervorgehoben, wo europäische Kontinent aus einem alten präkambri­ sie zum ersten Mal im Text auftauchen und wo sie erst­ schen Kern oder Kraton. Dieser war auf drei Seiten mals definiert werden. Sie werden zudem im Glossar von den Resten alter Gebirge umgeben, die auf der am Ende des Buches erläutert. Im Anhang sind die Nordwestseite aus der Kaledonischen Orogenese wichtigsten geologischen Zeiteinheiten tabellarisch und auf der Süd- und Ostseite aus der Variszischen zusammengefasst. Da sich dieses Buch vor allem mit (Herzynischen) Orogenese hervorgegangen waren. der tektonischen Entwicklung befasst, werden andere Dieses Buch beschreibt, wie Europa im Verlauf geologische Aspekte möglichst leicht verständlich der Erdgeschichte aus zahlreichen Krustenteilen behandelt. Für gängige Gesteine werden die alltägli­ zusammengefügt wurde, von denen manche erheb­ chen Begriffe wie "Sandstein" den strenger definierten liche Entfernungen auf dem Globus zurückgelegt Begriffen wie z. B. "Siliziklastika" vorgezogen. haben. Ausgangspunkt unserer Betrachtungen ist Schließlich werden im zweiten Teil der Einführung der präkambrische Kern Europas, die sogenannte die Grundlagen der Plattentektonik erläutert, die Osteuropäische Plattform. Diese resultiert selbst aus die Bildung von Orogenen und die Entwicklung der dem Zusammenschluss noch älterer Festlandmassen Kontinentalkruste steuert. Erfahrenere Leser werden im Verlauf mehrerer präkambrischer Gebirgsbildungen. mit diesem Abschnitt vertraut sein und können direkt Während der Kaledonischen Orogenese am Ende zu Kapitel 2 gehen. des älteren Paläozoikums kollidierte der ehemalige, üblicherweise als "Baltica" bezeichnete Kontinent - mit Danksagung dem Baltischen Schild (Fennoskandia) als Kern - mit Der Verfasser schuldet Professor John Winchester der nordamerikanischen Festlandmasse unter Bildung und einem anonymen Review-Leser großen Dank für des Großkontinents Laurussia. viele hilfreiche Korrekturen und Vorschläge, die dieses Die Variszische Orogenese mit ihrem Höhepunkt Buch wesentlich verbessert haben. Weiterhin dankt der gegen Ende des jüngeren Paläozoikums führte zum Verfasser seiner Ehefrau für die sorgfältige Durchsicht Zusammenschluss Nordeuropas mit einem Großteil des Textes auf seine allgemeine "Lesbarkeit" sowie für der Kruste von Mittel- und Südeuropa, deren ihre nicht nachlassende Unterstützung. 1 Einführung Die europäische Landschaft gesäumt: Neben dem Ural im Osten sind es im Süden Europas Gestalt sowie im Nordwesten das Skandinavische Gebirge die Pyrenäen, Alpen, Karpaten und der Kaukasus Der europäische Kontinent wird geografisch begrenzt mit seiner Verlängerung in südwestlicher Richtung durch den Ural im Osten, der Europa von Asien trennt, nach Schottland. Innerhalb dieser Grenzen weist der durch das Polarmeer und den Atlantischen Ozean Kontinent beträchtliche Höhenunterschiede auf. im Norden bzw. Westen sowie das Mittelmeer im Verhältnismäßig weit gespannte, konturlose Ebenen Süden ( Grafik das grob die Form eines werden von häufig bewaldeten Mittelgebirgsmassiven Dreiecks aufweist, wird am Rand von Gebirgsketten unterbrochen, z. B. dem Zentralmassiv in Frankreich, CJ CJ CJ CJ 1.1). Europa, Paläozoische Gebirge Alpidische Gebirge Ural­ Orogen Europäisches Nordmeer Präkambrische Massive Färöer 'V Paläozoische ASIEN Massive Atlantik \ Moskau. \ \ \ \ \ 600 \ \ ___ Grenze der tektonischen Provinz --- Alpidische Front Grafik 1.1 Hoch- und Mittelgebirge: geologische Bedeutung wichtiger topografischer Kennzeichen Europas. Tiefebenen wurden weiß gelassen. Gebirgszüge: Bet, Betische Kordilleren; Ju, Jura; Kan, Kantabrisches Gebirge; Pyr, Pyrenäen; SH, Schottische Hochlande. Mittelgebirge: AM, Armorikanisches Massiv; BM, Böhmisches Massiv; CM, Cornubisches Massiv; FZ, Französisches Zentralmassiv; Hk, Heiligkreuzgebirge; IM, Iberisches Massiv; RM, Rheinisches Massiv; Sw, Schwarzwald; US, Ukrainischer Schild; Vo, Vogesen. Ländergrenzen sind grün. Abbildung 1.1 Satelliten aufnahme eines Teils von West- und Mitteleuropa mit wichtigen tektonischen Elementen. NASA image, mit freundlicher Genehmigung von Visibleearth. dem Schwarzwald in Deutschland oder dem zugehörig wirkt, eine gesonderte Bedeutung? Die Böhmischen Massiv in Tschechien, um nur einige Britischen Inseln mit Irland, jetzt vollständig losgelöst, wenige zu nennen. Auf Satellitenaufnahmen treten die sind von Europa nur durch ein flaches Meer und nicht meisten deutlich hervor (Abbildung durch einen Ozean getrennt. Sie sind deshalb eindeu­ Diese 1.1). geografischen Auffälligkeiten sind ein tig ein Teil von Europa. Wie jedoch entstand dieser Abbild der geologischen Geschichte Europas. Die Meeresraum? All diese geografischen Gegebenheiten Gebirgsketten entsprechen Gebirgsbildungszonen sind das Ergebnis tektonischer Bewegungen, die zu (Orogengürteln): die Kaledoniden entstanden im Europas geologischer Geschichte gehören. Alt-Paläozoikum, der Ural im Jung-Paläozoikum und die Alpen im Mesozoikum bis Känozoikum. Die Küstenlinie Auch die Mittelgebirge haben einen geologischen Die gegenwärtige Küstenlinie Europas mit ihrem Ursprung: Dabei handelt es sich um prämesozoisches vertrauten Umriss ist eine verhältnismäßig junge Grundgebirge, das aus einem jüngeren, meist sedimen­ Erscheinung und vor allem stets abhängig vom Verlauf tären Deckgebirge herausragt. der Strandlinie. Bereits geringe Veränderungen Andere Eigenheiten der europäischen Landschaft im Niveau der Strandlinie können in tiefliegenden verlangen ebenfalls eine Erklärung: Warum z. B. Bereichen wie z. B. den Niederlanden, Südostengland sieht die Mittelmeerküste auf den ersten Blick so und der Ostseeküste bedeutende Auswirkungen auf den seltsam aus mit den nach Süden vorspringenden Umriss des Kontinents haben. Solche Veränderungen Gebirgszügen des Korsika-Sardinien-Archipels, haben sich nachweislich seit dem Ende der jüngs­ Italiens und Griechenlands? Hat die annähernd qua­ ten Eiszeit zugetragen, sind also aus verhältnismä­ dratische Iberische Halbinsel, die Europa nicht ganz ßig junger geologischer Vergangenheit. Während der Einführung letzten 10 000 Jahre ist das Niveau der Strandlinien in Nordeuropa um mehrere zehn Meter gestiegen, was anhand der gehobenen Strände Schottlands und Skandinaviens gut nachvollzogen werden kann 3 t (Grafik 1.2, Abbildung 1.2). Dies wird in Kapitel 9 besprochen. Da großeMengen Wasser während des Höhepunkts der Eiszeit in den Eisschilden gebunden waren, befan­ den sich weite Teile des Nordseebeckens und des Ärmelkanals oberhalb des Meeresspiegels, der unge­ fähr 120 Meter tiefer lag als heute. Frühe Menschen konnten leicht vom angrenzenden Festland zu Fuß nach England gelangen (Grafik 1.3). Noch vor gut 10 000 Jahren lag zwischen Ostengland und Dänemark ein großes Landgebiet, als Doggerland bezeichnet, das von mesolithischen Jägern besiedelt wurde, wie im Torf gefundene Feuerstein- und Knochenwerkzeuge zeigen. Präzise Höhenmessungen der letzten Jahrzehnte belegen ein kontinuierliches Bewegungsmuster für Nordeuropa: Schottland und Skandinavien werden 200 km um einigeMillimeter im Jahr gehoben (Schottland bis zu fünf Millimeter, Skandinavien bis zu lSMillimeter), während die Gebiete weiter im Süden, einschließlich Grafik 1.2 Nacheiszeitliche Hebung von Skandinavien. Höhen­ linien in Metem für die Niveaus der Strandablagerungen. Die Form Südostengland und die Niederlande, in vergleichbarer der Hebung deutet einen Dom an, dessen Zentrum den mächtigs­ Größenordnung absinken. Es ist zu vermuten, dass ten Bereich der Eisdecke kennzeichnet. Nach Zeuner (1958). diese Bewegungen durch den langsamen Ausgleich der Kruste auf das Abschmelzen der nordeuropäischen Eiskappe hervorgerufen werden. Andere Küstenveränderungen aus jüngster geolo­ gischer Vergangenheit, für die es historische Belege gibt, sind die Folge von Erdbeben oder vulkanischer Aktivität. Das gilt besonders für die Mittelmeerküste. Die Säulen des Serapistempels bei Pozzuoli in der Bucht von Neapel, beschrieben von Charles Lyell in seinen Principles 01 Geology im Jahr 1837 (Abbildung 1.3), sind ein klassisches Beispiel für Veränderungen des Meeresspiegels. Die Löcher von Bohrmuscheln in diesen Marmorsäulen zeigen, dass der Tempel unter den Meeresspiegel abgesunken und dann wieder auf­ gestiegen war. Diese Bewegungen schrieb Lyell der vulkanischen Aktivität zu. Ein weit spektakuläreres Beispiel betrifft die Flutung des Mittelmeerbeckens, die sich als plötzli­ ches, vermutlich katastrophales Ereignis vor ungefähr fünfMillionenjahren ereignete, nachdem die schmale Landbrücke in der Straße von Gibraltar durchgebro­ Grafik 1.3 Doggerland. Rekonstruktion der Küstenlinie von Britan­ nien und Nordwesteuropa vor ungefähr 10000 Jahren. Die große Landmasse von Doggerland verbindet Britannien mit Festlandeu­ chen war. Vor diesem Ereignis war das Mittelmeer ropa. Früherer Rhein und frühere Themse münden direkt in den ein Binnenmeer, in dem sich Salze ablagerten. Vor Ärmelkanal. Verändert nach einer Karte von Max Naylor, Wikipedia. 4 Die Geologie Europas Abbildung 1.2 Gehobener Strand, dahinter ein früheres Meereskliff, Hebriden, Nordwestschottland. © George Bernard/Science Photo Library. Millionenjahren wurden diese Salze dann plötz­ Küstenlinien bewirkt haben. Das Ziel dieses Buches ist lich von marinen Sedimenten überlagert. Ein ver­ es, solche tektonischen Prozesse in die ferne geologische gleichbares, jedoch viel jüngeres Ereignis verursachte Vergangenheit zu übertragen und daraus Rückschlüsse die plötzliche Flutung des Schwarzmeerbeckens vor zu ziehen, wie Europa entstanden ist. 5,33 etwa 7600 Jahren, die manche für die weitverbreiteten Mythen der Sintflut verantwortlich machen. Die Beispiele zeigen, dass Vertikalbewegungen der Erdoberfläche in Relation zum Meeresspiegel vor Die Rekonstruktion der geologischen Vergangenheit (geologisch gesehen) relativ kurzer Zeit vorkamen und von Ort zu Ort verschiedene Ursachen hatten. Aussagemöglichkeiten geologischer Dabei kommen Meeresspiegelschwankungen allein als Standardkarten Ursache nicht in Frage, sondern der Untergrund selbst Eine Karte, die detailreich die Geologie von Europa hat sich relativ zum Meeresspiegel nach oben oder nach darstellen soll, muss sehr vielschichtig und sehr groß unten bewegt. Auch langsame Horizontalbewegungen sein, um Nutzen zu bringen. Darüber hinaus ist ihr können nachgewiesen werden: Über einen Zeitraum Nutzen durch ihren Zweck eingeschränkt: Die meisten von mehreren Jahren haben wiederholte genaue GPS­ Standardkarten zeigen normalerweise die Verteilung Messungen ergeben, dass der Alpidische Gebirgsgürtel der Gesteine entsprechend ihrem Alterj je feiner die um bis zu zwei Millimeter im Jahr zusammengescho­ Altersunterteilung gewählt wird, desto komplexer ben wird. wird die Karte. Solch eine Karte zeigt das Alter (und/ Damit ist leicht zu erkennen, dass es in Europa auch oder die Art) des Gesteins jeder bestimmten Lokalität, noch in geologisch jüngster Zeit Krustenbewegungen sie erläutert aber nicht die geologische Geschichte des gab, von denen manche erhebliche Änderungen der betreffenden Ortes. Einführung 5 Gesteine eines bestimmten Alters oder einer Paläogeografie bestimmten Art sind nicht gleichmäßig verteilt. Für den Zweck dieses Buches, das sich mit der Erdgeschichte von Europa befasst, ist es notwendig, Gesteine der Hoch- und Mittelgebirge unterscheiden die Verteilung der Gesteine für die verschiedenen sich im Allgemeinen von Ort zu Ort stark hinsichtlich Epochen der geologischen Vergangenheit auf der Art und Alter, in Ebenen und Tiefländern sind sie über Grundlage der vorhandenen Erkenntnisse abzuleiten. weite Gebiete hingegen einheitlich. Offensichtlich Mit anderen Worten: Wir sind von der Interpretation führen die für die Gebirgsbildung (d. h. Orogenese) der gegenwärtigen Geologie abhängig - sowohl von den verantwortlichen Prozesse Gesteine unterschiedlicher an der Oberfläche sichtbaren Gesteinen als auch, noch Herkunft zusammen. Um das zu verstehen, müssen wichtiger, von Kenntnissen zum Untergrund, die aus die beteiligten plattentektonischen Prozesse bekannt Bohrungen, Bergwerken und indirekt durch geophysi­ sein. Im Gegensatz dazu repräsentieren die großen kalische Geländeaufnahmen gewonnen werden. Gebiete mit typischerweise horizontaler oder nur Um herauszufinden, wie die gegenwärtige geologi­ wenig geneigter Lagerung stabile Krustenregionen, die, sche Beschaffenheit Europas zustande gekommen ist, seitdem die Gesteine abgelagert wurden, keiner bedeu­ müssen die Veränderungen der paläogeografischen tenden Deformation mehr unterworfen waren. Solche Verhältnisse des Kontinents im Zeitverlauf rekonstru­ Gebiete werden als Kratone bezeichnet und nachfol­ iert werden. Solche Rekonstruktionen hängen in hohem gend diskutiert. Maße von der Qualität der Erkenntnisse ab - dies wird umso schwieriger, je länger die Zeit zurückliegt. Es lassen sich jedoch genügend Informationen sammeln, Die orogene Grundstruktur um ein einigermaßen genaues Bild der Paläogeografie Europas des Kontinents bis zurück ins Kambrium, und an einigen Stellen bis ins Präkambrium, zu entwerfen. Das Die Erdgeschichte war von Zeitabschnitten erhöhter sind die Grundlagen für die Rekonstruktionen in den tektonischer Aktivität geprägt, die in der Bildung von folgenden Kapiteln. Orogenen mündete. In Europa hat es im Verlauf des Abbildung 1.3 Serapistempel. Die Löcher der Bohrmuscheln (dunkle Bänder auf den Säulen des Tempels) P R I N C I P L E S belegen, dass der Tempel unter den Meeresspiegel gesunken war und später in seine heutige Position gehoben wurde. GEOLOGY; THE llODERN CHANGES OF THE EARTH AND ITS IIiIIABITANTS SIR CHARLES LYELL, M.A. F.R.S. �J<;�·ru.lPf.>n" OF ru� OEOLOOICAL ��!XI": Am!!OIl 0''',. ".... U.!.�o11.LD<J:�T""Y O>:OLOGY,R "TUV)o.IJL ,,, NOlT" A>lKKrcAt "A ...."OO�I> v,,,,, TI;I T'IlJ: ��ln:t> eTAT",," .:m nc NEW YORK: D. .\PPLETO� &- CO., 3�6 &- 348 l!R/J:\DWAY. T itelbild der Principles of Geology von Charles Lyell, Auflage von 1837. Die Geologie Europas 6 EUROPÄISCHE OROGENESEN angenäherter Orogenese Zeitraum Ära Phanerozoikums drei solcher Orogenesen gegeben: die Kaledonische, die Variszische und die Alpidische Orogenese (Tabelle 1.1). Jede dauerte viele Millionen Jahre und erfasste große Teile des Kontinents, während Alpidisch 65-2,5 Ma Känozoikum Variszisch (Herzynisch) 380-290 Ma Jung-Paläozoikum Kaledonisch 490-390 Ma Alt-Paläozoikum Timanidisch 620-550 Ma Jung-Proterozoikum Svekonorwegisch 1,25 Ga-900 Ma Mittel-Proterozoikum Gotidisch 1,75-1,5 Ga Alt-Proterozoikum Die "Bausteine" Europas Svekofennidisch 2,0-1,75 Ga Alt-Proterozoikum Geologisch betrachtet besteht Europa aus einem prä­ Lopisch 2,9-2,6 Ga Jung-Archaikum kambrischen Kern - dem Osteuro päischen Kraton, Saamisch 3,1-2,9 Ga Mittel-Archaikum Tabelle 1.1 Zeitspannen der europäischen Orogenesen. Gebiete außerhalb dieser Gürtel relativ wenig betrof­ fen waren. Weitere Orogenesen lassen sich f ür das Präkambrium nachweisen, davon werden hier aber nur drei näher betrachtet: die Svekokarelidische, die Svekonorwegische und die Timan-Orogenese. dem sich in der Phanerozoischen Ära drei größere Krustenblöcke anschlossen:* die Kaledoniden im Westen und Nordwesten (einschließlich des Krustenprovinzen des europäischen Kontinents CJ CJ CJ CJ CJ Osteuropäische Plattform + Lewisischer Block (Alt- bis Mittel-Proterozoikum) Timanidisch Kaledonisch Variszisch Asien Alpidisch ° 50 50 ° 60 ° OzeanAsien Grafik 1.4 Die Bausteine Europas. Der Osteuropäische Kraton ist umgeben von jüngeren Orogengürteln: den Kaledoniden im Westen, den Timan- und Ural-Gürteln im Osten sowie den Variszischen und Alpidischen Gürteln im Süden. Der Lewisische Block im äußersten Nordwesten, während der Kaledonischen Orogenese angegliedert, war ursprünglich ein Teil Nordamerikas. Bet, Betische Kordiliere; TTZ, Teisseyre-Tornquist-Zone; Pyr, Pyrenäen. Ländergrenzen sind Grün. 7 Einführung Lewisischen präkambrischen Blocks), die Varisziden Folgerungen zum tektonischen Milieu basieren im Südwesten und die Alpidisehen Gebirge im Süden auf der Interpretation von sedimentären und mag­ 1.4). Auf der Ostseite kamen die Orogengürtel matischen Gesteinsfolgen, auf die nachfolgend ein­ vom Timan zum Ende des Präkambriums und vom gegangen wird. Diese Folgerungen sind nur soweit (Grafik Ural im späten Paläozoikum bis frühen Mesozoikum zutreffend wie die Theorien, die die Gesteine mit hinzu (siehe Anhang zur geologischen Zeittabelle). ihrem Entstehungsmilieu verbinden - und diese Der weitaus größte Krustenblock, fast die Hälfte können sich mit künftiger Forschung ändern. Die des Kontinents, wird vom Osteuropäischen Kraton größte Unsicherheit der Interpretationen betrifft die ( Osteuropäische Platte) gebildet. Die kaledonischen, tektonische Entwicklung bestimmter Orogengürtel: variszischen und alpidischen Blöcke machen jeweils Wo kommen die verschiedenen Gesteine her und zwischen einem Viertel und einem Fünftel aus, wobei wie wurden sie zusammengefügt? Interpretationen ein großer Teil heute unter Wasser liegt. werden normalerweise in Form von schematischen = Europas älteste Gesteine sind über drei Milliarden Querschnitten dargestellt - eine Form, die von Jahre alt. Zu dem Zeitpunkt jedoch existierte Europa Geologen gewählt wird, um die oft spekulative Natur noch nicht als erkennbare Einheit. Die Bildung des der Rekonstruktionen zu betonen. Diese sind bewusst Osteuropäischen Kratons war zum Ende des mittle­ vereinfacht und stilisiert, um eine jeweils bestimmte ren Proterozoikums* vor etwa einer Milliarde Jahren Interpretation zu illustrieren, und müssen deshalb in abgeschlossen, was bedeutet, dass das anschließende diesem Sinne betrachtet werden. geologische Wachstum Europas lediglich die letzten 20 Prozent der Erdgeschichte in Anspruch genommen Sediment-Vergesellschaftungen hat. Einzelne Sedimentgesteinstypen wie Sandstein oder Geologische Arbeitsmethoden Tonstein sind allein nicht besonders aussagekräftig hinsichtlich des tektonischen Milieusj nützlicher sind "Fakten" und Folgerungen ihre Vergesellschaftung mit anderen Gesteinstypen Die Rekonstruktion der Erdgeschichte, selbst wenn und ihre Verbindung mit Umweltindikatoren wie sie gut begründet und allgemein akzeptiert ist, beruht bestimmten Fossilien. In den folgenden Kapiteln auf der Interpretation von Belegen - d. h. von geolo­ wird die geologische Geschichte der verschiedenen gischen "Fakten". Es ist wichtig für diejenigen Leser, Teilbereiche Europas hinsichtlich ihres tektoni­ denen vielleicht die geologische Arbeitsweise nicht schen oder paläogeografischen Milieus beschrieben. vertraut ist, die Einschränkungen zu verstehen, Zu diesem Zweck werden die Sedimentgesteine zu die durch die zur Verfügung stehenden konkreten Fazies-Vergesellschaftungen zusammengefasst. Die Daten bedingt sind. Wie schon erläutert, befasst sich wichtigsten werden hier nachfolgend beschrieben. dieses Buch hauptsächlich mit der Rekonstruktion und Beschreibung der Paläogeografie Europas zu Kontinentale Fazies bestimmten Das Auf dem Festland gebildete Sedimente werden von rot konkrete Material, auf dem die Rekonstruktion des gefärbten Ablagerungen (Rotsedimenten) dominiert, Milieus eines solchen Zeitabschnitts beruht, könnte eine Folge der Oxidation des enthaltenen Eisens. Sie ein bestimmtes Gestein sein, z. B. ein Kalkstein des variieren von groben Brekzien und Konglomeraten, geologischen Zeitabschnitten. betreffenden Alters, der in einem bestimmten Gebiet durch Sturzfluten in aridem bis semiaridem Klima an der Oberfläche oder in Bohrungen angetroffen abgesetzt, bis hin zu Tonsteinen, die in flachen Seen wird. Dessen Alter ist normalerweise nicht strittig und zur Ablagerung gekommen sind. Letztere können könnte sogar als "Fakt" angesehen werden. Verstreute eine nichtmarine Fauna oder Flora enthalten, im Beobachtungen zu einem Gesamtbild eines großen Allgemeinen sind jedoch solche Fossilien selten. Gebiets zusammenzufügen, ist aber schon viel unsi­ Klastische Ablagerungen in Flüssen sind nicht immer cherer und abhängig vom Abstand der einzelnen rot und in manchen Fällen schwer von flachmari­ Beobachtungspunkte. ner Fazies zu unterscheiden. Eine Übergangsfazies Die Geologie Europas 8 zwischen Land und Meer stellen Ästuare dar mit ent­ kieseliger Mikroorganismen entsteht, nimmt in tiefem sprechender Mischung der Ablagerungen. Wasser den Platz von Kalksteinen ein, wo Karbonate nicht gebildet werden können. Solche Sedimente sind Schelffazies häufig mit Ozeanboden-Basalten vergesellschaftet. Auf einem stabilen Schelf (oder der Kontinental­ plattform) abgelagerte Sedimente bestehen typischer­ Beispiel einer paläogeografischen Karte weise aus gut sortierten und gleichmäßig geschichteten Grafik 1.S stellt eine paläogeografische Rekonstruktion Sand-, Kalk- und Tonsteinen. Deren relativer Anteil für einen Teil Westeuropas im frühen Karbon dar. Im hängt eher von der Anlieferung des klastischen Norden befindet sich zu dieser Zeit ein Landgebiet, das Materials als von der Wassertiefe ab. Zu Zeiten nach­ aus älteren, vor allem kambrischen und präkambrischen lassender Zufuhr von klastischem Material, wenn nahe­ Gesteinen besteht, die erodiert werden und Sediment liegende Gebirgsregionen und damit die Liefergebiete in die weiter südlich gelegenen Gebiete liefern. Diese weitgehend erodiert sind, überwiegen Kalk- und Landrnasse wird von einer schmalen Zone konti­ Tonsteine. Das Umgekehrte dürfte für Sandsteine nentaler (d. h. nichtmariner) Sedimente vom Typus gelten. Flachmarine Faunen herrschen auf dem Schelf Old-Red-Sandstein gesäumt - roten Sandsteinen vor. und Konglomeraten, die Gerölle der Landrnasse im Fazies des Kontinentalhangs marine Sand- und Tonsteine, die weiter südwärts in Der Kontinentalhang ist üblicherweise weiter von den Kalksteine übergehen und die eine Flachwasser-Fauna Liefergebieten entfernt und liegt in tieferem Wasser. enthalten (z. B. Muscheln und Brachiopoden). Diese Anstelle von Kalksteinen sind Tonsteine typisch, dazu wiederum gehen noch weiter südlich in die Fazies des Norden enthalten. Nach Süden zeigt die Karte flach­ kommen Silt- und Sandstein, Fossilien sind rar. In dieser tieferen Wassers über, hauptsächlich mit Tonsteinen verhältnismäßig steilen Übergangsfazies vom Schelf und einer pelagischen Fauna (z. B. Cephalopoden). zur Tiefsee wird nur wenig Sediment abgelagert. Das Die genannten Gesteine sind nicht an der Oberfläche charakteristischste Merkmal sind jedoch die Canyons, aufgeschlossen, da sie von Gesteinen aus der Kreidezeit die Suspensionsströmen (d. h. den Turbiditen) einen und jünger überlagert sind. Sie werden vornehmlich aus Weg zur Tiefsee bereiten. Suspensionsströme entste­ Bohrungen und aus der Extrapolation von Gebieten hen durch Instabilitäten auf dem kontinentalen Schelf, abgeleitet, wo sie zutage treten. zum Beispiel hervorgerufen durch Erdbeben. Dies führt dazu, dass Sedimentmassen den Kontinentalhang mit Grundlagen der Plattentektonik großer Geschwindigkeit hinunterfließen und eine spezifisch sortierte klastische Sedimentmischung Wie Material der Kruste hinzugefügt wird auf dem Ozeanboden ablagern. Das auf diese Weise Für ein besseres Verständnis, wie Europa geologisch entstandene typische Sediment ist die Grauwacke. gewachsen ist, muss man die verschiedenen plat­ Submarine Rutschsedimente dieser Art sind vor allem tentektonischen Prozesse verstehen, die für dieses verknüpft mit Subduktionszonen, wo sie teilweise Wachstum verantwortlich sind. Die Erdkruste wächst oder ganz die Tiefseerinne füllen (siehe Grafik 1.6B). durch Hinzufügen magmatischer Gesteine, die entwe­ Der Begriff Flysch wird oft benutzt, um den von der durch Extrusion an der Oberfläche oder Intrusion diesen Sedimenten beherrschten Sedimentverband unterhalb entstehen. Zum einen ist das Wachstum also zu beschreiben. Die in diesem Milieu entstandene die direkte oder indirekte Folge der Subduktion von Abfolge solcher Sedimentmassen findet sich verbreitet ozeanischen Platten und zum anderen die Folge der im Akkretionskeil vor dem aktiven Kontinentalrand. Injektion von Magmen an sich weitenden Riftzonen. Bei der Beschreibung der Wachstumsprozesse von Fazies der Tiefsee Europa in den folgenden Kapiteln wird zwischen Sedimente des tiefen Ozeans liegen normalerweise fern "aktiven" und "passiven" Kontinentalrändern unter­ von der Zufuhr von klastischem Material und werden schieden. Bei einem aktiven Kontinentalrand ist deshalb von Tonsteinen dominiert. Feingeschichteter der Subduktionsprozess mit Vulkanismus verbun­ der durch den Zerfall den, entweder am Rand des Kontinents oder entlang gebänderter Hornstein, Einführung 9 eines Inselbogens vor dem Kontinent. Über einen über der Subduktion als auch im Backarc-Becken. Die langen Zeitraum hinweg können am Kontinentalrand Ablagerungen in der Tiefseerinne bestehen typischer­ mehrere vulkanische Inselbögen, zusammen mit der weise aus dem vom Kontinent gelieferten vulkanoge­ Sedimentfüllung von zwischenliegenden Becken, hin­ nen Material und gröberklastischen Sedimenten (vor zukommen. Der Kontinentalrand wächst somit durch allem turbiditischen Grauwacken), die mit zunehmen­ allmähliche Anlagerung von solchem Material und der Entfernung vom erodierten magmatischen Bogen wird oft auch als Akkretionsrand bezeichnet. feinkörniger werden. Den Tiefseeboden jenseits der Tiefseerinne und der Sedimentzufuhr bedecken Akkretionsränder Tonsteine und gebänderte Hornsteine. Die Grafiken 1.6A und B zeigen die Auswirkung Die Auswirkungen der fortdauernden Vorgänge der Subduktion an einem Kontinentalrand. Das an aktiven Kontinentalrändern sind schematisch in Aufschmelzen ozeanischer Kruste entlang der sub­ Grafik 1.6C zusammengefasst. Aufeinanderfolgende duzierten Platte erzeugt Magma, das durch die vulkanische Inselbögen werden inaktiv und dem Lithosphäre hindurch aufsteigt und eine Vulkankette Kontinentalrand hinzugefügt, der entsprechend in die bildet. Diese liegt entweder auf bestehender kontinen­ Breite wächst und einen ausgedehnten Orogengürtel taler Kruste oder auf ozeanischer Kruste in Form eines bildet. Diese Art eines akkretionären Orogengürtels vulkanischen Inselbogens. Die Dehnung der Kruste sieht man heutzutage im Kordillerengürtel des westli­ über der Subduktionszone kann zudem zu einem chen Nord- und Südamerika und bei den Inselketten neuen Ozeanbecken führen, das als Backarc-Becken von Indonesien - beide grenzen an einen Ozean. bezeichnet wird. Mächtige Abfolgen von Sedimenten Kollisionszonen und Vulkaniten bilden sich sowohl in der Tiefseerinne Die andauernde Subduktion ozeanischer Kruste führt letztendlich zur Kollision zweier Kontinente, wie in Grafik 1.6C gezeigt. Infolge solch einer Kontinent­ Kontinent-Kollision entsteht ein breiter Orogengürtel, in dem magmatische und tektonische Aktivitäten allmählich nachlassen und der Zusammenschub ein Ende findet. Das Orogen kühlt sich allmählich ab, Grafik 1.5 A. B. Paläogeografische Karte. Änderungen der Sedimentfazies von der Küste zum Kontinentalhang. Man beachte, dass die Faziesgrenzen ihre Position mit der Zeit leicht ändern und dadurch Änderungen in der Art und Menge der Sedimentzufuhr widerspiegeln. x y Küstenebene Schelf Meeresspiegel Erosions- Kontinentalabhang gebiet terrestrische klastische Gesteine B Karbonate flachmarine pelagische klastische Gesteine Tonsteine Turbidite 10 Die Geologie Europas kontinentale Kruste 100 km ] vulkanischer Bogen BackarcBecken Tiefseerinne Ozean ========�/ ozeanische � ;; Kruste ;; � � � � :: == == � -=�==��� lithosphärischer _ _------ Mantel Asthenosphäre Grafik 1.6 Merkmale eines aktiven Kontinentalrands. A. Subduktion ozeanischer Oberer Mantel unter einen über der ASubduktion vulkanischer Bogen • Oberkruste • Inselbogen. eines subduktion sbezogenen Vulkanbogens. ....;;;; .. ;;;=:::: ;;; =t-----rt'--::: -- -----''----I�...:..:..:...:..:.:.:..::.-=-I- - • Backarc-Becken hinter einem vulkanischen turen Kompressionszone kontinentale Dehnung Subduktionszone erzeugt ein B. Charakteristische Abfolgen und Struk­ Tiefsee Tiefseerinne Lithosphäre Kontinentalrand; Meeresspiegel B charakteristische Ablagerungen an einem aktiven Plattenrand Kontinental­ platte A Mikroplatte B BackarcBecken vulkanischer Insel bogen C. Drei Stadien in der Entwicklung eines Kontinental­ platte C �� vulkanischer Bogen .----- Oroge � orogen 3 /V /V /V vulkanischen Inselbogens an einen aktiven Kontinentalrand. ozeanische Kruste 2 Orogengürtels als Folge der Akkretion eines /V /V �.L-_ I ----, ------' C Akkretion an einem aktiven Plattenrand
