Mai30

Das Ural-Gebirge zusammen mit dem Ural-Fluss bilden die, auf die Antike zurückgehende, politisch-kulturelle Grenze zwischen Europa und Asien. Eurasien ist ein geographisch-geologischer Begriff für Europa und Asien als ein Kontinent, der seit der Trias vor 250 MJ eine zusammenhängende Landmasse bildet. Zuerst waren Europa und Asien Teile des Superkontinents Pangaea, später Laurasias und heute Eurasiens.

Ural: View of the Earth; © Christoph Hormann Ural-Gebirge & Ural-Fluss; © Google-Earth
v.l.n.r.: Ural-Gebirge: Views of the Earth © 2012 Christoph Hormann http://earth.imagico.de; Ural-Gebirge und Ural-Fluss trennen Europa von Asien © Google Earth

Der Ural ist ein bis 1895 m hohes und 2400 km langes Gebirge, das sich in Nord-Süd-Richtung durch den Westen Russlands erstreckt. Er durchzieht drei Klimazonen und ist trotz seiner Länge bei durchschnittlichen 50 km Breite recht schmal. Der Ural ist eines der ältesten Gebirge der Welt und für sein “hohes Alter” sind die Erhebungen beachtlich.

Wie der Ural entstand

Die geologische Geschichte reicht bis ins späte Präkambrium (vor ca. 1 Milliarde Jahren) als das Gebiet noch ein Ozean war. Westlich lag der europäische Kraton, Teile davon sind in Skandinavien, der Kola-Halbinsel und Timan aufgeschlossen. Im Osten befand sich der sibirische Kraton. An dessen Westrand soll es eine Subduktionszone gegeben haben, an der ozeanische Kruste unter den Kontinentalblock Europa abtauchte. Im Hinterland der Subduktionszone kam es zu Krustendehnung, in deren Folge ein Grabenbruchsystem entstand. Durch anhaltende Dehnung bildete sich im Zentrum ein schmales Ozeanbecken, welches  von einem schmalen Streifen kontinentaler Kruste vom sibirischen Kraton getrennt war; ma spricht von einem Inselbogen. Die paläogeographische Situation im Mittel-Silur kann grob verglichen werden mit dem heutigen Alëuten-Kommandeur-Bogen.

Aleutian Islands; ©Von edited by M.Minderhoud - own work based on PD map, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1012020
Alëuten-Kommandeur-Bogen (rot eingerahmt) am Nordrand des Pazifischen Ozeans und sein Backarc-Becken, das Alëuten-Becken, im Südwesten des Beringmeeres; © M.Minderhoud, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1012020

Über die Jahrmillionen wuchs das Krustenvolumen des Inselbogens kontinuierlich an, sowohl durch magmatische Aktivitäten als auch durch Angliederung (Akkretion) von ozeanischen Sedimenten und anderen Krustenteilen der abtauchenden Platte. Im frühen Devon kam es zur Schliessung des Ozeanbeckens und im Perm, ab 290 MJ fand die letzte Gebirgsbildung (Orogenese) statt. Die Ural-Orogenese steht somit mit der finalen Phase der Bildung des Superkontinentes Pangaea zusammen.

Verschiedene Formen von Magmatismus sind verantwortlich für den Erzreichtum der Region. So kommen etwa 48 Arten ökonomisch interessanter Erze vor: Gold, Platin, Chromit und Magnetit Erze, nebst Edelsteinen wie Smaragd, Diamanten, Aquamarin und andere. Aber auch Kohle, Erdöl und Erdgas sind reichlich vorhanden.

Das heutige Uralgebirge, d. h. die heutige Bergkette, entstand erst im Laufe der letzten Millionen Jahre ab dem Pliozän durch die Heraushebung der alten, gefalteten Gesteine aus dem Untergrund. Ursache für die Hebung war wahrscheinlich die Alpidische Gebirgsbildung am Südrand Eurasiens.

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Mai16

Die Türkei ist ein gebirgiges Land, mehr als die Hälfte der Fläche liegt über 1000 m und zwei Drittel des Geländes ist steiler als 15 % . Das Land wird von Karadeniz im Norden (dem Schwarzen Meer), Akdeniz im Süden (dem Mittelmeer) und Ege, der Ägäis im Westen eingegrenzt.

Zwischen der nordanatolischen Gebirgsschwelle im Norden und dem Taurus-Gebirge im Süden liegt das abgeschlossene, inneranatolische Hochland, gegliedert durch Becken und Täler.

Tektonische-Karte-Türkei; © USGS Seismische Aktivitäten Türkei © unisonius.com

v.l.n.r.: Tektonische Karte der Türkei; © USGS; Seismische Aktivitäten in der Türkei © unisonius.com

Im Osten im Grenzgebiet zum Iran und Irak kollidieren die Eurasische – und die Arabische Platte und erzeugen regelmässig Erdbeben. Die Kollision hat durch Verwerfungen und Bruchsysteme ein Mosaik von Bergen hervorgebracht. Auch in der zentralen und westlichen Türkei hat sich ein ausgedehntes Bruchsystem entwickelt.

Der Anatolische Block oder Mikroplatte wird durch die gegensätzliche Bewegungsrichtung der Eurasischen – und Arabischen Platte nach Westen getrieben und durch die konvergierenden Gesteinsplatten unter grossen Druck gesetzt. Diese Art von Plattenkollision wird als Transformstörung bezeichnet.

Bei einer Transformstörung gleiten zwei Lithosphärenplatten entlang ihrer Grenzen horizontal aneinander vorbei. Es ist ein materialneutraler Vorgang, da kein Krustenmaterial gebildet oder vernichtet wird. Solche Bewegungen verlaufen natürlich nicht reibungsfrei. Die Platten verhaken sich ineinander, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der aufgestaute Druck zu gross wird und sich die angesammelte Energie schlagartig in einem flachen Erdbeben entlädt. Aus diesem Grund sind Gebiete in der Nähe von Transformstörungen stark erdbebengefährdet. Ein berühmtes Beispiel ist die amerikanische San-Andreas Verwerfung oder eben die nordanatolische Verwerfung.

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Aug30

Unter Spannung stehende Erdplatten – eine geologische Situation die entsteht, wenn Platten aufeinander stossen, sich verkeilen oder aneinander vorbei driften – führen zu grossem Druckaufbau in der Kruste. Kann die Erdkruste den Spannungen nicht mehr standhalten, entlädt sie sich mit einem gewaltigen Ruck als Beben, häufig ohne grosse Vorwarnung zunächst im Erdinnern. Die Kraft breitet sich als Wellen aus, ähnlich den Wellen im Wasser und erreichen in Sekundenschnelle den Meeres- oder Erdboden. Eine solche gewaltige und abrupte Druckentladungen hat sich in Italien nicht zum ersten Mal ereignet. Erinnert sei an das letzte Beben 2012 in Norditalien und 2009 in L’Aquila in Mittelitalien. Damit gehört Italien nebst Island, Griechenland und der Türkei zu den am meisten gefährdeten Erdbebenländern Europas.

Wie sieht die geologische Situation in Italien aus?

Plattentektonik Italien

Verlauf der Platten im Mittelmeerraum

In der oberen Grafik sehen wir, wie die Plattengrenzen im Mittelmeerraum verlaufen. Daran gekoppelt ist, wie in der unteren Grafik ersichtlich, eine starke Erdbebentätigkeit. Für Italien heisst dies, die westliche und nord-süd verlaufende Hälfte gehört zur eurasischen Platte, die östliche Hälfte zur afrikanischen. Wo es entlang der Plattengrenze bei einer Druckentlassung zu Beben kommt, lässt sich jedoch nicht vorhersagen.

wo-in-europa-die-erde-bebt

Wo in Europa die Erde bebt , Quelle: Share

Erdbeben sind Teil des Erdgeschehens. So bebt die Erde mehrmals täglich an irgendeiner Stelle der Welt  – im Jahr über eine Million Mal – und führt in bewohnten Gebieten ab einer Stärke von etwa 5,5 auf der Richterskala zu Schäden. Welchen Schaden ein Erdbeben anrichtet, ist in erster Linie eine Frage der Beschaffenheit des Untergrunds. So haben viele Lockergesteine eine hohe Erschütterungsfähigkeit; das heisst, sie reagieren ähnlich wie ein Pudding, bei dem ein leichtes Anstossen des Tellers dazu führt, dass er ein paar Sekunden lang ins Wackeln kommt.

Mit Erdbeben zu leben ist eine Herausforderung. Als förderlich gelten Bauweisen, die bei horizontaler Belastung grosse Verformungen zulassen, sich also duktil und nicht spröde verhalten. Aus dieser Erkenntnis leitet sich der Massnahmenkatalog des erdbebensicheren Bauens ab. Solche Massnahmen verteuern das Bauen allerdings und sind in der Realität nicht einfach umzusetzen, da es die ärmlichere Landbevölkerung trifft.

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Aug23

Wenn Max Eiselin erzählt, lebt ein Stück Alpingeschichte auf. Der Luzerner Alpinist, Gründer des gleichnamigen Bergsportgeschäfts, hat ein hervorragendes Gedächtnis für Anekdoten, Namen, Episoden und Geschichten aller Art. Das Thema: die Erstbesteigung des zweitletzten noch unbezwungenen 8000er. Die Rede ist vom Dhaulagiri, 8167 Meter hoch, bestiegen am 13. Mai 1960 durch die von Eiselin geleitete Expedition.

Dhaulagiri

Dhaulagiri der spät erklommene 8000er im nepalesischen Himalaya, © Wikimedia

Schweizer in der Pionierrolle

Der Dhaulagiri war bereits Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt, doch seine Erforschung war bis 1949 ausgeblieben. Das überrascht, denn nahezu alle anderen Achttausender waren längst erforscht und Erstbesteigung waren voll im Gang.

Der Geologe Arnold Heim machte 1949 erste Flugaufnahmen des Bergs aus der Nähe. Ab 1950 wurde er von Alpinisten angegangen, zuerst von der berühmten französischen Expedition unter Maurice Herzog. Er befand ihn als zu schwierig und wechselte an den Annapurna I, 8091 Meter hoch, dessen Erstbesteigung – der erste Achttausender überhaupt – dann gelang. In den nächsten Jahren kamen zwei argentinische, eine österreichische und drei Schweizer Expeditionen und 1958 kam auch Max Eiselin zum ersten Mal an den Dhaulagiri. Alle Versuche missglückten. Auf der neu gewählten Nordostsporn-Route gelang dann 1960 die Erstbesteigung seiner Expedition. Zu den Gipfel-Erstbesteigern gehörten die Schweizer Albin Schelbert, Peter Diener, Ernst Forrer, der Österreicher Kurt Diemberger und die Sherpas Nima Dorje und Nawang Dorje. Die erfolgreiche Expedition lässt grüssen!

Nepal_ Dhaulagiri_Expedition_Card_1960

Dhaulagiri Expedition und Erstbesteigung vom 13. Mai 1960 geleitet von Max Eiselin

Geologie am Dhaulagiri im Speziellen und Nepals im Allgemeinen

 

Die mächtigen Bergmassive des Annapurna, Dhaulagiri und Nilgiri, die das Kali Gandaki-Tal zu beiden Seiten flankieren, verfügen über einen heterogenen geologischen Aufbau. Gneisse und Marmor unterschiedlicher Zusammensetzung sind Kennzeichen lokaler Temperatur- und Druckunterschiede während der Gesteinsmetamorphose. Charakteristisch ist die Annapurna Yellow Formation (leukokrate Granite) und der Nilgiri- und Kalapani Kalkstein, der einen starken Dolomitcharakter aufweist und grosse Teile der Gipfel westlich und östlich des Tals ausmacht mit Mächtigkeiten bis zu 1600 m, Gansser 1964.

Kali Gandaki Kalkformationen

Gefaltete Kalkschichten, der aus der Tethys stammenden Gesteinssequenz, im Kali Gandaki-Tal, © Wikimedia

Der Kern des Kali Gandaki-Tals, das übrigens das tiefste Tal der Welt sein soll, entspricht einer 5 km mächtigen, metamorph überprägten Sedimentsequenz aus dem Tethysmeer.

Geologie und Tektonik am Dhaulagiri

Geologische Schichten und Tektonik im Gebiet des Dhaulagiri, © Wikimedia

Die Geologie Nepals im weiteren Rahmen wird bestimmt durch die indisch-eurasische Kontinent auf Kontinent Kollision, die seit 65 Millionen Jahren in Gang ist. Diese Kollision führte bis jetzt zu einer Krustenverkürzung von ca. 2500 km, was der gesamten N-S Länge des Staates Indien entspricht! Diese Krustenverkürzung findet sich in den höchsten Erhebungen des Himalaya, die den grössten Teil Nepals ausmachen. Verkürzungen werden von Deformationsprozessen begleitet und so kommt es zu Auffaltungen, Brüchen und Überschiebungen.

Die grossen Überschiebungszonen sind zudem verantwortlich für die starke Erdbebentätigkeit, wie das Beben vom 25. April 2015 in Nepal zeigt.

 

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Aug16

und am Kailash befindet sich die Nahtstelle zwischen der eurasischen – und indisch-australischen Kontinentalplatte.

Der heilige Berg Kailash – im Sanskrit heisst Kailash leuchtender Kristall –  liegt im Zentrum eines Gebiets, das für den gesamten Wasserlauf des tibetischen Hochlands von grösster Bedeutung ist.

Stupas und Sicht auf den heiligen Berg Kailash, Nordseite © GNU Free Documentation License

Stupas und Sicht auf den heiligen Berg Kailash, Nordseite © GNU Free Documentation License, Yasunori Koide

Um den Kailash entspringen die fünf grossen Flüsse: der Indus im Norden, der Yarlung Tsangpo im Osten, der weiter stromabwärts zum Brahmaputra wird, der Satluj im Westen, der Ganges im Südwesten und im Süden der Karnali. Diese aussergewöhnliche Situation entstand durch eine Hebung des Kailash zu einer Zeit als der Himalaya erst langsam im Entstehen war.

Die fünf Flüsse, die im Gebiet des Kailash entspringen

Die fünf Flüsse, die im Gebiet des Kailash entspringen

Der berühmte Schweizer Geologe, Augusto Gansser, entdeckte 1936, getarnt als buddhistischer Pilger, die Nahtstelle zwischen der indisch-australischen -und eurasischen Platte. Das war eine Entdeckung mit Tragweite, wenn wir uns vor Augen führen, dass zu jener Zeit die Theorie der Kontinentalverschiebung, die erstmals von Alfred Wegener 1912 aufgestellt wurde, unter der geologischen Gemeinschaft heftig diskutiert wurde. Später entwickelte sich die Theorie der Kontinentalverschiebung zur Theorie der Plattentektonik, die in den 1960er Jahren entscheidend weiterentwickelt wurde.

Wichtig sind diese Theorien um eine Vorstellung von der Dynamik der Erde zu gewinnen. 

Mittlerweile wissen wir, dass die Erdkruste aus mehreren grossen und zahlreichen kleineren Krustenplatten besteht. Diese Platten bewegen sich voneinander weg, reiben aneinander oder eine Platte wird unter die andere geschoben, sodass sich die auf ihnen liegenden Kontinente bewegen. Die sogenannte Kontinentaldrift wird von Materialströmungen im weicheren, unter der Erdkruste liegenden Erdmantel verursacht. Die Strömungen im Erdmantel sind sogenannte Konvektionsströme und sorgen dafür, dass heisses, flüssiges Magma an die Oberfläche steigt und die Platten antreibt.

Dies kann man auch beobachten, wenn man Milch in sehr heissen Kaffee gibt. Es entstehen dann kleine Konvektionszellen aus aufsteigender und absinkender Milch. Nach dem gleichen Prinzip bewegen sich auch im Erdmantel die Gesteinsmassen, so nimmt man an!

Beim nächsten Morgenkaffee lässt sich dieses Phänomen mal gründlich studieren und in Bezug auf die Erdkonvektion empfiehlt sich folgender Film:

>> Plattentektonik

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Jul26

Als Säulen des Herakles oder Herkules bezeichnete man im Altertum den Felsen von Gibraltar im Süden von Spanien und den Berg Abyla, heute Jbel Musa bei Ceuta in Marokko. Die Phönizier, welche die Meerenge auf ihren Entdeckungsfahrten um 1100 v. Chr. erreichten, bezeichneten die beiden Vorgebirge nach ihrem Sonnengott als Säulen des Melkart. Der Name des Gottes wurde später von den Griechen durch Herakles ersetzt. Sie glaubten auch, dass diese Meerenge das Ende der Welt sei.

Strasse von Gibraltar - Gibraltar links, Abyla rechts, © NASA Weltkarte des Hekataios - Gibraltar
v.l.n.r.: Die Säulen des Herkules – Der Fels von Gibraltar links im Bild und der Berg Abyla heute Jbel Musa rechts im Bild, © NASA; das griechische Weltbild

Der Fels von Gibraltar ist ein massiver Kalkstein Monolith, deshalb ragt er so unerschrocken in den Himmel. Jbel Musa ist das afrikanische Pendant. Entstanden sind die Kalke vor 175-200 Millionen Jahren zur Jurazeit.

Der Felsen von Gibraltar ©imago

Der Felsen von Gibraltar ©imago

Vor 20 Millionen Jahren bildete der Vorläufer des Mittelmeeres, die Tethys, noch eine breite Wasserstrasse zwischen dem Indischen Ozean und dem sich öffnenden Atlantik. Die Tethys wurde in der daraufolgenden Zeit immer weiter eingeengt, bis im mittleren Miozän, vor etwa 15 Millionen Jahren, die Afrikanische Platte mit Vorderasien kollidierte. Dies führte zur Auffaltung von Kettengebirgen im Nahen Osten und beendete die Verbindung des entstehenden Mittelmeeres zum Indik. Von nun an bestand nur noch die Verbindung zum Atlantik.

Das Mittelmeer erhielt seine heutige Form erst vor 6 bis 5 Millionen Jahren am Ende des Miozäns. Während der Messinischen Salinitätskrise, ein erdgeschichtlicher Abschnitt in dem das Mittelmeer teilweise oder vollständig austrocknete, lagerten sich in den tiefsten Meeresbecken bis zu drei Kilometer mächtige Evaporite ab. Man darf davon ausgehen, dass das Mittelmeer ohne jeglichen Zufluss in einigen zehntausend Jahren verdunsten würde. Während man früher meist von einem globalen Meeresspiegelabfall ausging oder von einer seitlichen Einengung der verbliebenen Meeresstrassen durch tektonische Bewegungen, so wird seit 2003 ein Modell diskutiert, nach dem grossräumige Bewegungen im oberen Erdmantel zu einer Verschliessung der Meerespassagen zwischen dem Atlantik und dem Mittelmeer führten.

Mittelmeer wird vom Atlantik geflutet

Mittelmeer wird vom Atlantik her geflutet

Danach, an der Wende vom Miozän zum Pliozän, erfolgte nach neuesten Erkenntnissen zunächst eine leichte Senkung der Landbrücke zwischen Europa und Afrika, sodass für einige Jahrtausende nur geringe Wassermengen aus dem Atlantik in das ausgetrocknete Mittelmeerbecken schwappten. Nach und nach grub sich das Wasser immer tiefer in die Landbrücke, bis schliesslich durch einen 200 Kilometer langen und bis zu 11 Kilometer breiten Kanal etwa 100 Millionen Kubikmeter pro Sekunde einströmten und mit einer Geschwindigkeit von 144 Kilometer pro Stunde den Strömungskanal um 40 Zentimeter pro Tag vertieften. Das führte dazu, dass auf dem Höhepunkt dieses Vorgangs, der Wasserspiegel im Mittelmeerbecken täglich um mehr als 10 Meter anstieg, bis nach maximal zwei Jahren das Mittelmeer wieder aufgefüllt war. Seither ist diese Meerenge die einzige natürliche Verbindung zwischen Atlantik und Mittel- und Schwarzem Meer.

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Mai10

≪Black and White Smokers≫, ≪Weisse und Schwarze Raucher≫, sind untermeerische, hydrothermale Schlote. Das Phänomen kennen wir an Land als heisse Quellen, Fumarolen und Geysire.

Black Smokers ©  Wikimedia Public Domaine by NOAA   White Smokers © Wikimedia Public Domaine by NOAA

v.l.n.r.: Black- und White Smokers, © Wikimedia Public Domaine by NOAA

Quellen am Grund der Ozeane

Auf den mittelozeanischen Rücken, ein weltumspannendes System von Gebirgszügen in den Ozeanen, die als heisse Naht zwischen zwei auseinanderstrebenden Lithosphärenplatten entstehen, finden sich Thermalquellen mit Temperaturen über 400 Grad.

Hydrothermale untermeerische Schlote ©  Creative Commons 4.0 by DeDuijn

Hydrothermale untermeerische Schlote © Creative Commons 4.0 by DeDuijn

Solche Quellen entstehen, wenn Meerwasser hunderte von Metern in den Meeresboden eindringt, dort erhitzt wird und wieder an die Oberfläche gelangt. Dabei bilden sich am Meeresgrund aus ausgefällten Mineralen die sogenannten ≪Schwarzen oder Weissen Raucher≫, röhren- oder kegelförmige Schlote, aus denen das heisse Wasser zusammen mit einer Sedimentwolke austritt. Wenn sich nämlich das heisse Wasser mit dem kalten Tiefseewasser vermischt, scheiden sich gelöste Stoffe als feine Partikel aus, die eine Wolke bilden, so dass der Eindruck einer Rauchwolke entsteht.

Die Farbe des “Rauchs” wird durch die unterschiedliche Wassertemperatur und der, auf dem Weg durch die Erdkruste, herausgelösten Elemente bestimmt. Sind im austretenden Wasser der “Raucher” vor allem Sulfide und Salze von EisenManganKupfer und Zink vorhanden, entsteht die schwarze Farbe durch das Ausfällen von Eisen-II (Mangan/Kupfer/Zink)-Sulfid. Sind dagegen in grösseren Mengen Sulfate, wie Anhydrit und Gips, oder Siliziumdioxid im austretenden Wasser gelöst, entsteht der “Weisse Raucher”.

Raucher als Biotope

“Raucher” und ihre Umgebung bilden einzigartige Biotope. Die Basis ihrer Nahrungskette sind chemolithotroph aktive Archaeen und Bakterien; Lebewesen die die Oxidation von Schwefelwasserstoff als Energiequelle nutzen, um organische Verbindungen aus anorganischen Stoffen herzustellen. So wurde bei einem 2’500 Meter tiefen “Schwarzen Raucher” ein Grünes Schwefelbakterium entdeckt, das eine anoxygene Photosynthese mit Schwefelwasserstoff oder Schwefel als Reduktionsmittel betreibt, denn hier gelangt kein Sonnenlicht zu den Bakterien. Über die lichtempfindlichen Chlorosomen wird die Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) der heissen Lösungen des “Rauchers” aufgefangen und als Energiequelle für die Photosynthese nutzbar gemacht.

Hypothesen zur Evolution des Lebens

Die extremen Umweltbedingungen, wie sie in der Tiefsee in der Nähe “Schwarzer Raucher” herrschen, lassen an die Verhältnisse in der frühen Erdgeschichte denken, in denen der Ursprung des irdischen Lebens vermutet wird. Vulkanismus mit hohen Temperaturen und hohem Druck, Mangel an Licht und eine hohe Konzentrationen anorganischer Stoffe weisen deshalb der Umgebung “Schwarzer Raucher” eine besondere Bedeutung zu. Die chemoautotroph aktiven Bakterien und Archaeen werden wegen ihres anaeroben Stoffwechsels und der Energiegewinnung ohne Nutzung von Sonnenlicht sowie ihrem Habitat, das auf der frühen Erde herrschte, als repräsentativ für die frühesten Formen des Lebens angesehen. -:)

>> Black Smoker / Clouds at Godzilla Vent / Exploring Deep Sea Vents /

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Die Lösung

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