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Winterliche Verhältnisse in den Hohen Tauern: Das Ödenwinkelkees.

Alpen wachsen anders als die Anden

Die Anden in Südamerika wachsen dort am stärksten, wo es am meisten regnet. Das hat der Schweizer Geologe Fritz Schlunegger vor einigen Jahren herausgefunden. Auf die Alpen lässt sich das nicht umlegen - nicht der Regen, sondern ihre ehemalige Vergletscherung bestimmt vermutlich ihr Wachstum.

Geologie 04.03.2015

Gemeinsam ist beiden Gebirgsketten, dass sie in Folge von Erosion aus dem Boden herausgehoben werden, erklärt der Geologe von der Uni Bern im science.ORF.at-Interview.

science.ORF.at: Als Sie im Jahr 2011 ihre Forschungsergebnisse zur Klimatektonik in den Anden veröffentlicht haben, titelten die Wissenschaftsmagazine: "Die Anden wachsen dem Regen entgegen". Können Sie beschreiben, was Sie dort entdeckt haben?

Fritz Schlunegger: Das war natürlich etwas zugespitzt formuliert, aber im Grunde geht es um Folgendes: Die Anden wachsen auf der regenreichen Ostseite weiter, während sie auf der weitgehend trockenen Westseite nahezu stationär sind und sich kaum weiter verändern. Das kommt daher, dass die West- und Ostflanken der Anden keilförmig aufgebaut sind.

Dadurch, dass auf der Ostseite eine stärkere Erosion stattfindet, wird Gestein abgetragen. Wo stärker erodiert wird, muss dann diese Keilform kontinuierlich wieder etabliert werden. Dort schieben tektonische Kräfte wieder Gestein nach und so kann man quasi sagen, dass "sie dem Regen entgegenwachsen". Das heißt hier gibt es einen direkten Zusammenhang von Erosion und Heraushebung.

Fritz Schlunegger; Geologe; Uni Bern; Anden; Alpen;

Flavio Anselmetti

Zur Person:

Fritz Schlunegger ist Professor für Exogene Geologie am Institut für Geologie der Universität Bern. Seine Schwerpunkte in Forschung und Lehre sind Sedimentologie, Geomorphologie, Beckenanalyse, Zusammenhänge zwischen Hebung, Klima und Erosion, Naturgefahren, regionale Geologie und Geomorphologie der Alpen sowie der Anden.

Veranstaltungshinweis

Am Mittwoch, dem 4.3.2015, wird Fritz Schlunegger im Rahmen der "Eduard Suess" Lecture an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften über seine Forschungsergebnisse berichten.

Ö1-Sendungshinweis:

Über das Thema berichtet auch Wissen Aktuell am 4.3., 13:55 Uhr.

Von welchen Zeiträumen sprechen wir hier?

Nach unseren Modellen hat sich dieses einseitige, sich nach Osten verlagernde Wachstum vor etwa zehn Millionen Jahren etabliert. Die Anden werden auch in den kommenden Jahrmillionen in diese Richtung weiter wachsen, denn auf der Ostseite ist noch genügend Platz. Die Geschwindigkeit bzw. das Wachstum, das wir uns hier vorstellen können, bewegt sich im Bereich von 5 bis 10 Millimeter pro Jahr. Das heißt die untersuchten Sedimentkörper müssen mindestens ein Alter von ein paar Tausend Jahren haben, damit man das überhaupt nachweisen kann.

Lässt sich dieses Modell auch auf andere Gebirge übertragen?

Auch in den Südalpen Neuseelands finden wir auf der nördlichen Seite eine niederschlagsexponierte Zone, dagegen ist die südliche Seite weitgehend trocken. Auf der nördlichen Seite beobachten wir, dass die Gesteine aus dem Untergrund regelrecht herausgehoben werden - also ebenfalls dem Regen "entgegenwachsen".

Wie schaut es mit den Alpen aus, trifft Ihr Modell auch hier zu?

Wir wollten diese Mechanismen auch auf die Alpen anwenden, allerdings haben neue Erkenntnisse über die Tiefenstruktur der Alpen gezeigt, dass das so nicht möglich ist. Denn eine wichtige Randbedingung, um diese Beziehung ableiten zu können, ist jene, dass sich Gebirge an ihren Rändern als keilförmige Gebilde etablieren. Also, dass Gesteinsschichten zusammen geschoben werden und das Gebirge eine keilförmige Geometrie annimmt. Das trifft im Fall der Anden zu, man kann das dort auch gut dokumentieren.

In den Alpen lässt sich das nicht nachweisen?

In den Alpen haben wir eine sogenannte "alpine Wurzel". Es wurden relativ leichte Gesteine in großer Tiefe entdeckt und das bedeutet, dass die Alpen eigentlich einem dauernden, vertikalen Auftrieb ausgesetzt sind und deshalb dieses "Zusammenschub-Modell" einfach nicht funktioniert.

Damit ist die Rahmenbedingung verletzt, dass die Alpen als einfaches, keilförmiges Gebirge angesehen werden können. Wir verdanken es neuen Erkenntnissen aus der Geophysik, dass wir die Tiefenstruktur der Alpen besser verstehen. Und deshalb müssen wir dieses Modell für die Alpen modifizieren und neu prüfen.

Was müssen Sie nun konkret untersuchen, um ihr Modell anzupassen?

Zur Zeit sind wir daran interessiert, die Erosion in den Alpen besser zu verstehen. Das heißt, wir müssen wissen, wie schnell die Alpen erodiert werden und vor allem, was die treibende Kraft dahinter ist. Das mache ich allerdings nicht alleine, sondern in Zusammenarbeit mit Geophysikern. Ich bin kein Theoretiker und kann das nicht rechnen.

Aber aus der Theorie entwickeln sich Fragestellungen für die Oberflächengeologie. Das heißt, ich gehe dann ins Gelände und versuche, die entsprechenden Daten zu sammeln, um ein neues Modell zu stützen oder zu verwerfen.

Ist das nicht frustrierend als Forscher, wenn man Modelle wieder verwerfen muss?

Es ist natürlich immer schmerzhaft, wenn man merkt, dass etwas, woran man festgehalten hat, aufgrund neuer Erkenntnisse wieder fallen gelassen werden muss. Aber das ist ja dann gleichzeitig wieder die treibende Kraft dahinter, weiter zu forschen. Der Aspekt der Neuerkenntnis in der Forschung geht immer damit einher, die Bereitschaft zu haben, alte Theorien auch wieder fallen zu lassen. Das gehört dazu.

Wann dürfen wir mit ersten Ergebnissen zu den Alpen rechnen?

Es gibt bereits erste Ideen. Wenn wir die heutige, alpine Landschaft anschauen, dann sehen wir eigentlich überall Spuren von Vergletscherungen. Wir sehen vertiefte Täler, wir sehen U-förmige Täler, wir sehen Hängetäler - die gesamte alpine Landschaft dokumentiert das Erbe der letzten Vereisungen. Erste Hinweise deuten nun darauf hin, dass je stärker die Vereisungen waren, also je stärker die Landschaft modifiziert wurde, umso größer ist die heutige Erosion.

Aus Sedimentfrachtdaten aus Flüssen haben wir diese Hinweise erhalten und nun versuchen wir, durch gezielte Untersuchungen diese Hypothese zu stützen. Also, dass die glaziale Störung der alpinen Landschaft, die treibende Kraft hinter der heutigen Erosion wäre und eben nicht der Niederschlag.

Das heißt sie beschreiben eine kausale Beziehung zwischen einstiger Vergletscherung und heutiger Erosion?

Ja. Wir haben auch gleich untersucht, ob die Erosion, die man heute messen kann, mit der Niederschlagsverteilung - etwa in der Schweiz - korreliert. Aber wir konnten keine Korrelation feststellen, oder falls solche existieren, dann treten sie nur lokal auf. Hingegen sehen wir überall den Zusammenhang von Vergletscherung und Erosion.

Je stärker die Gletscher die Landschaft verändert haben, desto größer ist die heutige Erosion. Und: desto höher ist auch wieder die heutige Hebung. Damit sind wir wieder bei dem vorher beschriebenen Kreislauf von Hebung und Erosion angelangt - diesmal allerdings auf das Erbe der Vergletscherung zurückgeführt.

Was wären dann weiterführende Fragestellungen, die im Bezug auf die Alpen geklärt werden müssen?

Eine Fragestellung wäre - wenn die Erosion und die Hebung der Alpen positiv gekoppelt sind - ob die Hebung als Funktion der erosiven Entlastung der Alpen passiert. Ein Beispiel: Das Matterhorn ist 4.600 Meter hoch. Sieht man sich aber die Tiefenstruktur an, kommt man zu dem Schluss, dass das Matterhorn eigentlich fast 8.000 Meter hoch sein müsste. Das heißt, die Alpen werden durch eine große Kraft nach unten gezogen. Die Erosion dagegen würde bewirken, dass die Topografie eigentlich in die Höhe kommen sollte, wegen des sogenannten isostatischen Ausgleichs.

Das kann man sich wie bei einem Eisberg vorstellen. Wenn wir oben Eis wegnehmen, kommt er nach oben weil er einen Auftrieb erfährt. Und das gleiche passiert mit den Alpen. So haben wir zwei Kräfte: Eine, die in der Tiefenstruktur begründet ist und nach unten zieht, und andererseits die erosive Entlastung, die bewirken soll, dass die Alpen nach oben kommen. Die Interferenz dieser Kräfte, das wird uns noch beschäftigen. Denn die Kräfte im Inneren der Alpen haben wir noch nicht verstanden. Das können wir aber nur zusammen mit den Geophysikern klären.

Wird diese Bewegung längerfristig auch Auswirkungen auf die Menschen haben?

Wirklich auffallen wird es den Menschen nicht. Aber natürlich werden in diesem Zusammenhang immer wieder Fragestellungen an die Geologie herangetragen, die die Menschen in weiterer Folge durchaus betreffen. Verbunden mit der Beziehung von Erosion, Hebung und Entlastung sind das unterschiedliche Fragen. Etwa: Hat der Klimawandel Einfluss auf die Erosion? Hätte das in weiterer Folge Einfluss auf die Heraushebung? Und wenn ja, hat es einen Einfluss auf die Erdbebenverteilung? Das interessiert etwa die Behörden, weil sie wissen wollen, ob wir uns auf mehr Erdbeben einstellen müssen oder nicht.

Und, müssen wir?

Wenn wir davon ausgehen, dass in den Alpen die Erosion nicht mit dem Niederschlag, sondern mit dem Erbe der Vergletscherungen gekoppelt ist, dann ist das eine sehr langfristige Wechselwirkung. So ist mein Standpunkt, dass der Klimawandel keinen signifikanten oder messbaren Einfluss auf die Erdbebenverteilung hat.

Eine andere Frage, die unsere Forschung auch für die Gesellschaft relevant macht, ist jene nach der Endlagerung von Atommüll. Die Schweiz hat ja den Auftrag, ihren atomaren Abfall irgendwo in einem Endlager zu verwahren. Und für solche Lagerorte ist eine Stabilität für den Zeitraum von einer Million Jahre vorgegeben. Das heißt wir müssen Erosions-, Hebungs- und Abtragungsszenarien dafür entwickeln. Oder eben die entsprechenden Szenarien der Entsorger prüfen.

Damit geht auch große Verantwortung einher.

Nicht nur das. Diese Fragen, die von der Gesellschaft an uns herangetragen werden, sind auch als Innovationsmotor zu sehen. Denn um die relevanten Daten zu bekommen, sind Investitionen in Technologie, Datierungsmethoden, die Geophysik und die Erforschung des geologischen Untergrunds notwendig. Und das wirkt sich natürlich auch positiv auf die Entwicklung der geologischen Forschung aus.

Interview: Theresa Aigner, science.ORF.at

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