Geologen entdecken ein Absinken der Erdkruste unter den Anden

Teile des Andengebirges weisen Merkmale auf, die sich nicht mit der Theorie der Plattentektonik erklären lassen. Dies hat Wissenschaftler schon lange fasziniert. Jetzt hat ein Team unter der Leitung von Geologen der Universität Toronto die Antwort auf das Rätsel gefunden: Die Kruste, die äußerste Gesteinsschicht der Erde, sinkt unter diesen Gebieten ab. Dem Team zufolge geschieht dies, weil sich der Teil unter der Kruste, die Lithosphäre, verdickt und aufheizt, so dass sie aufgrund der Schwerkraft nach unten „ausläuft“. „Aufgrund seiner hohen Dichte tropfte es wie Honig in das tiefe Innere des Planeten und ist wahrscheinlich für zwei große tektonische Ereignisse in den zentralen Anden verantwortlich: die Veränderung der Oberflächentopographie der Region um Hunderte von Kilometern und die Abflachung und Dehnung der Krustenoberfläche selbst“, erklärt Julia Andersen, Hauptautorin der in Communications Earth & Environment veröffentlichten Studie. Bei diesem Phänomen, das als Lithosphärendrift bezeichnet wird, sinken Krustenfragmente in den unteren Erdmantel. Infolgedessen bildet sich zunächst ein Becken an der Oberfläche und dann bewegt sich die Landmasse über Hunderte von Kilometern nach oben. Lithosphärenverschiebungen wurden bereits anderswo auf der Erde festgestellt, beispielsweise in der zentralanatolischen Hochebene (Türkei) und im Great Basin im Westen der USA.

Was passiert in den Anden?

Die Zentralanden umfassen einen Teil der Gebiete von Peru, Bolivien, Chile und Argentinien. Diese Region wird von den Hochebenen Puna und Altiplano begrenzt und entstand vor Millionen von Jahren, als sich die Nazca-Platte unter die südamerikanische Platte schob. Ihre ungewöhnlichen Merkmale lassen jedoch darauf schließen, dass sie nicht einheitlich entstanden ist. Die Puna-Hochebene beispielsweise zeichnet sich durch eine höhere durchschnittliche Höhe aus und umfasst mehrere isolierte Binnenbecken und vulkanische Zentren. Eines dieser Becken, das Arizaro-Becken zwischen Chile und Argentinien, „ist nicht durch bekannte tektonische Plattengrenzen definiert, was darauf hindeutet, dass es sich um einen eher lokal begrenzten geodynamischen Prozess handelt“, sagt Russell Pysklywec, Mitautor der Studie. Das Team vermutete, dass der lithosphärische Tropf etwas damit zu tun hat. In der Tat haben frühere Studien, die seismische Bilder verwendeten, Hinweise auf dieses Phänomen in der Region entdeckt, aber keine direkte Verbindung zu dem, was an der Oberfläche beobachtet wird, hergestellt.

Andersen und seine Kollegen machten sich daran, in ihrem Labor nachzuvollziehen, was in dieser riesigen Region in den letzten 20 Millionen Jahren geschah. Zu diesem Zweck entwickelten sie ein dreidimensionales Modell, bei dem sie Materialien wie Sand, Ton und Silizium verwendeten, um die Erdschichten unter den zentralen Anden darzustellen, „und zwar unter unglaublich genauen Messbedingungen im Submillimeterbereich“, so Andersen. Zunächst wurde ein Tank mit Polydimethylsiloxan (PDMS), einer sehr dicken Flüssigkeit, gefüllt, um den unteren Erdmantel zu simulieren. Darauf befand sich ein festes Gemisch aus PDMS und Ton, das den oberen Erdmantel und die Lithosphäre darstellen sollte. Schließlich wurde eine sandähnliche Schicht aus Keramik und Siliziumdioxid aufgetragen, die als Erdkruste diente. Die Wissenschaftler verdichteten einen Teil der Ton- und PDMS-Schicht (Lithosphäre), die nach unten zu entweichen begann.

„Das Abtropfen erfolgt über Stunden, so dass man von einer Minute auf die andere nicht mehr viel sieht“, erklärt Andersen. Die Studie präsentiert alle 10 Stunden Momentaufnahmen, um den Fortschritt des Rinnsals zu zeigen. Anschließend untersuchte das Team die Auswirkungen des Tropfens auf die Krustenschicht und verglich sie mit den Sedimentaufzeichnungen in den zentralen Anden über Millionen von Jahren. Sie stellten fest, dass die Veränderungen der Krustenhöhe in ihrem Modell denen in dieser südamerikanischen Region, insbesondere im Arizaro-Becken, ähneln. „Wir haben auch Krustenverkürzungen mit Falten im Modell sowie beckenähnliche Vertiefungen an der Oberfläche beobachtet, so dass wir zuversichtlich sind, dass ein Tropfen sehr wahrscheinlich die Ursache für die beobachteten Deformationen in den Anden ist“, analysiert Andersen.