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Urzeitlicher Steilhang erklärt Rätsel um ‚große Lücke‘ des Grand Canyon
Im Grand Canyon fehlen Gesteinsschichten, die mehr als eine Milliarde Jahre Erdgeschichte umfassen. Ein neues Modell führt einen Teil dieser „Großen Unkonformität“ auf eine gewaltige Steilstufe zurück, die beim Zerfall des Urkontinents Rodinia entstand. Ihre Hebung und langsame Rückverlagerung könnten tiefes Grundgebirge freigelegt haben, das Flüsse und später Gletscher weiter abtrugen.
Southampton (England). Der Grand Canyon gewährt Einblick in eine außergewöhnlich lange geologische Vergangenheit. Sein Grundgebirge ist stellenweise mehr als 1,3 Milliarden Jahre alt, darüber folgen deutlich jüngere Gesteinspakete. Dazwischen fehlen jedoch große Abschnitte der geologischen Überlieferung. Diese Erosionsflächen bilden einen Teil der sogenannten Großen Unkonformität, deren Entstehung Geologen seit langem beschäftigt.
Als mögliche Ursachen wurden unter anderem tektonische Prozesse beim Zerfall Rodinias sowie spätere starke Vergletscherungen diskutiert. Ein internationales Team unter Leitung der University of Southampton hat nun rekonstruiert, wie beide Prozesse miteinander verbunden gewesen sein könnten.
Die Forscher kombinierten Rekonstruktionen der Plattentektonik mit Daten und Modellen zur Entwicklung von Landschaften. Demnach bildete sich vor rund 800 Millionen Jahren beim Auseinanderbrechen Rodinias am westlichen Rand Laurentias, dem alten Kern Nordamerikas, eine ausgedehnte Steilstufe. Sie könnte sich über Tausende Kilometer erstreckt und örtlich etwa einen Kilometer Höhe erreicht haben.
Auch das Gebiet des heutigen Grand Canyon lag nach der Rekonstruktion an diesem alten Kontinentalrand. Seine Position ähnelte der Lage heutiger großer Steilstufen in Südafrika und Brasilien. Solche Landschaftsformen entstehen an angehobenen Kontinenträndern und können sich durch fortschreitende Erosion über sehr lange Zeiträume landeinwärts verlagern.
Genau dieser Rückzug könnte im westlichen Laurentia tief liegendes kristallines Grundgebirge zunehmend freigelegt haben. Das Modell verknüpft die ungewöhnlich starke Abtragung damit nicht allein mit einer späteren Eiszeit, sondern bereits mit dem Relief, das durch den kontinentalen Zerfall entstanden war.
„Diese langlebige tektonische Landschaft liefert ein fehlendes Puzzleteil für das Verständnis, warum die mit der Großen Unkonformität verbundene Erosion im Südwesten der USA so stark variiert“, erklärt Thomas Gernon.
Die Modellrechnung deutet auf eine enorme Größenordnung der Abtragung hin. Während sich die Steilstufe über mehrere zehn Millionen Jahre zurückverlagerte, könnten an einigen Stellen bis zu acht Kilometer Gestein verschwunden sein. Diese Erosion hätte das alte Grundgebirge im Gebiet des Grand Canyon lange vor der Entstehung seiner heutigen Schluchten an die Oberfläche gebracht.
Die tektonische Hebung wäre dabei nur der Anfang gewesen. Das entstandene Hochland bot Flüssen große Höhenunterschiede und damit günstige Bedingungen für starke Erosion. Spätere Vergletscherungen könnten die Abtragung zusätzlich beschleunigt haben, weil Eis besonders effektiv Material aus steilen und hoch gelegenen Landschaften entfernen kann.
„Unsere Arbeit deutet darauf hin, dass die mit kontinentaler Riftbildung und dem Auseinanderbrechen verbundene tektonische Hebung sowohl steile Hänge als auch Hochland schuf und damit das gebirgige Gelände bereitstellte, das Flüsse und Gletscher leicht erodieren konnten“, erklärt Thomas Gernon.