// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
48 Millionen Jahre alte Gesteine verraten zwei Umbrüche der Erdkruste
Steinernes Archiv: Heute liegen Granite an den Küsten und auf Inseln des Marmarameers, doch einst erstarrten sie kilometerweit unter der Erde. Neue Datierungen zeichnen zwei Phasen rascher Abkühlung nach, getrennt durch eine langsamere Entwicklung. Die Befunde deuten darauf hin, dass zunächst Prozesse im tiefen Untergrund und später die Bewegung einer abtauchenden Erdplatte die Geschichte der Gesteine prägten.
Istanbul (Türkei). An den südlichen Küsten des Marmarameers und auf vorgelagerten Inseln tritt heute Granit zutage, der ursprünglich tief im Untergrund entstand. Um seine lange Geschichte zu verstehen, reicht es nicht, nur das Entstehungsalter zu bestimmen: Entscheidend ist auch, wann und wie schnell die Gesteinskörper abkühlten.
Solche Abkühlungsverläufe liefern Hinweise darauf, wie sich die Erdkruste über Millionen Jahre veränderte und einst tief liegende Gesteine wieder nach oben gelangten. Gerade im Nordwesten Anatoliens ist umstritten, welche Kräfte die geologische Entwicklung in verschiedenen Epochen antrieben.
Forscher der Istanbul Technical University (ITU) um Prof. Dr. Şafak Altunkaynak haben die Temperaturgeschichte dreier Granitkörper untersucht: des nördlichen und des südlichen Kapıdağ-Plutons sowie des Avşa-Plutons. Plutone sind Gesteinsmassen, die aus Magma im Untergrund erstarren und erst später an der Erdoberfläche sichtbar werden.
Dazu kombinierten sie mehrere radiometrische Datierungsverfahren an den Mineralen Zirkon, Biotit und Apatit mit Berechnungen zu Druck und Temperatur während der Gesteinsbildung. Die Minerale speichern unterschiedliche Stationen der Abkühlung, weil die jeweiligen geologischen Uhren bei verschiedenen Temperaturen stehen bleiben.
Demnach erstarrten die Granitkörper vor rund 48 bis 37 Millionen Jahren im Eozän in mittleren Bereichen der Erdkruste. Die errechneten Entstehungstiefen liegen zwischen etwa 8,8 und 13,5 Kilometern, obwohl die drei Gesteinskörper zu unterschiedlichen Zeitpunkten entstanden.
Die rekonstruierten Temperaturverläufe der drei Plutone ähneln sich auffallend und lassen drei Abschnitte erkennen. In der ersten Phase sank die Temperatur während des Eozäns vor etwa 48 bis 35 Millionen Jahren besonders schnell von ungefähr 800 auf 350 Grad Celsius.
Danach verlangsamte sich die Abkühlung im Bereich zwischen etwa 350 und 180 Grad Celsius deutlich. Vor rund 32 bis 28 Millionen Jahren folgte im frühen Oligozän ein zweiter schneller Abschnitt, bei dem sich das Gestein im Temperaturbereich von ungefähr 180 bis 60 Grad Celsius weiter abkühlte.
Die jüngere schnelle Abkühlung deutet auf eine verstärkte Exhumierung hin, also auf den Aufstieg ehemals tief liegender Gesteine in kühlere Bereiche der Erdkruste. Erst die Kombination der verschiedenen Mineraluhren macht beide schnellen Episoden und die langsamere Zwischenphase in einem gemeinsamen Zeitverlauf sichtbar.
Die zeitliche Trennung spricht dafür, dass nicht ein einziger tektonischer Mechanismus für die gesamte Entwicklung verantwortlich war. Die erste rasche Abkühlung erklären die Autoren am ehesten durch Veränderungen in großer Tiefe, etwa den Abriss eines abtauchenden Plattenteils oder das Absinken dichter Teile der Lithosphäre.