Orogenese

Die Gebirgsbildung oder Orogenese (zusammengesetzt aus den griechischen Wörtern ὅρος óros ‚Berg‘ und γένεσις génesis ‚Entstehen, Zeugung, Geburt‘) wird durch tektonische Vorgänge verursacht, die in vielen Fällen direkt durch die Verschiebung von Kontinentalplatten erzeugt werden. Spezialfälle der Orogenese betreffen die Bildung von Bruchschollengebirgen und Bruchfaltengebirgen, die nicht direkt durch die Verschiebung von Kontinentalplatten erzeugt werden.

Eine Orogenese wurde früher als ein zeitlich begrenzter Vorgang verstanden, da nur die das Gefüge der betroffenen Gesteine bestimmenden Vorgänge betrachtet wurden.^[1] Die Untersuchung aktiver Orogene wie etwa der Gebirge an der pazifischen Küste Amerikas zeigt jedoch, dass es sich um oft zeitlich ausgedehnte und andauernde Vorgänge handelt.

Prozesse der Gebirgsbildung

Nach heutigem Verständnis ist die Gebirgsbildung mit wenigen Ausnahmen auf plattentektonische Vorgänge zurückzuführen. Die Art des Gesteins, sein inneres Gefüge und der Wassergehalt der beteiligten Sedimente beeinflussen den Vorgang, ebenso äußere Einflüsse wie klimatische Faktoren und Erosionsprozesse. Sie bestimmen darüber, welche Form ein Gebirge (Orogen) annimmt, wie hoch es bei einer bestimmten Hebungsrate wird, und wie lange sein Aufbau oder seine allmähliche Einebnung dauern.

Nach früheren Vorstellungen ist einer Orogenese die Bildung einer so genannten Geosynklinale vorausgegangen: einer großen Einsenkung, in der sich mächtige Schichten von Tiefsee-und anderen Sedimenten ablagerten, bevor die Senkung durch großtektonische Vorgänge zu einem Hebungsgebiet wurde. Diese Gesteine wurden später umgewandelt und teilweise über hunderte Kilometer verschoben, sodass sie sich heute in den Gebirgen finden. Nach heutigen Vorstellungen entspricht die „Geosynklinale“ dem bei plattentektonischen Vorgängen zwischen den beteiligten Kontinentalplatten befindlichen Ozean oder Randmeer.

Kollision von Kontinentalplatten

Schema des alpidischen Gebirgsgürtels.

Die Erdoberfläche setzt sich nach der Theorie der Plattentektonik aus zehn größeren und einigen kleineren Lithosphärenplatten zusammen, die sich mit einigen Zentimetern pro Jahr gegeneinander verschieben. Treffen zwei Platten aufeinander, so treten Schubkräfte auf, die zu einer Auffaltung oder Stapelung der Krustengesteine führen. Hierdurch entsteht eine Gebirgskette entlang der Plattengrenze. Der Himalaya entstand so durch das Auftreffen der indischen Platte auf die asiatische Platte. Etwa zur gleichen Zeit, vor 30-50 Millionen Jahren, begann die Auffaltung der Alpen durch die Kollision der eurasischen Platte mit einem Teil der afrikanischen Platte.

Subduktion von ozeanischen Platten

Trifft eine Kontinentalplatte auf eine ozeanische Platte, so taucht die ozeanische Platte wegen der höheren Dichte meistens in den Erdmantel ab und wird dort wieder aufgeschmolzen. Dies wird als Subduktion bezeichnet. In den Subduktionszonen treten häufig Erdbeben und Vulkanausbrüche auf. Gebirge entstehen durch aufgeschüttete Lava, aber auch durch Aufsteigen von leichteren Gesteinsbereichen, die während der Subduktion im Erdinnern entstanden sind. Die Anden sind eine Folge des Aufeinandertreffens der Nazca-Platte mit der südamerikanischen Platte. Weitere Beispiele hierfür sind das nordamerikanische Kaskadengebirge und die Japanischen Inseln.

Obduktion von ozeanischen Platten

Bei der Kollision von ozeanischen Platten mit anderen kommt es in manchen Fällen nicht zu einer vollständigen Subduktion der ozeanischen Kruste. Teile der ozeanischen Platte werden von ihrem Unterlager abgeschürft und auf die obere Platte aufgeschoben (Obduktion). Solche Gesteinskörper finden sich in vielen Gebirgen, meist als linsenförmige und wenig ausgedehnte Vorkommen. Die dort aufgeschlossenen Gesteine werden Ophiolithe genannt und besitzen eine sehr charakteristische Ausbildung, welche sich von den umgebenden Gesteinen deutlich unterscheidet. In seltenen Fällen werden größere Teile der Ozeankruste obduziert, so etwa im Ophiolithkomplex von Oman.^[2]

Die Rolle der Abtragung bei der Gebirgsbildung

Schon während der Entstehung eines Gebirges werden erosive Kräfte wirksam, sobald der Gebirgskörper sich über seine Umgebung erhebt. Hier spielen physikalische Faktoren (Sonneneinstrahlung, Auftauen und Wiedergefrieren des Gesteins), chemische Prozesse und mechanische Faktoren (v.a. durch Gletscher und fließendes Wasser) die entscheidende Rolle. In Abhängigkeit von der Hebungsrate eines Gebirges im Verhältnis zur Abtragungsrate ergibt sich, ob ein Gebirge weiter an Höhe gewinnt oder schneller abgetragen wird. Im Grundsatz gilt, dass höhere Gebirge höhere Abtragungsraten aufweisen, da die Reliefenergie eines Hochgebirges höher ist als die eines Mittelgebirges und diese wiederum höher ist als im Flachland. Die höhere erosive Wirkung eines reißenden Gebirgsbaches im Vergleich zu einem Wiesenmäander in der Ebene ist leicht vorstellbar.

Simulationen von Gebirgsbildungsprozessen ergaben, dass die Abtragung unter Umständen einen steuernden Einfluss auf den Ablauf der Gebirgsbildung haben kann.^[3],[4]

Isostasie

Gebirge befinden sich mit dem darunter liegenden zähplastischen Erdmantel in einer Art Schwimmgleichgewicht (Isostasie). Dabei taucht der Gebirgsblock so tief in den Mantel ein, dass die verdrängte Menge an Mantelgestein seinem eigenen Gewicht entspricht. Dies ist vergleichbar mit mehreren nebeneinander schwimmenden Eisbergen, deren Verhältnis von Tiefe zu sichtbarer Höhe vom Verhältnis der beiden Dichten abhängt: Für Meerwasser (1,03) und eine Eisdichte von 0,9 g/cm³ ergibt sich 0,90/(1,03-0,90) = 6,9. Das heißt, dass nur etwa ein Achtel der gesamten Höhe des Eisbergs über der Wasseroberfläche sichtbar ist.

Fast im selben Verhältnis reicht ein Gebirgsmassiv (etwa um das 5- bis 6-fache seiner topografischen Höhe) in den Erdmantel hinein. Wird durch Erosion an der Oberfläche Gestein abgetragen, muss sich aus Isostasiegründen die gesamte Gebirgskette so weit heben, bis ungefähr 80% der entfernten Gesteinsmasse ersetzt sind. Auch wenn die tektonische Aufwärtsbewegung längst zum Stillstand gekommen ist, können sich Bergregionen dadurch für viele Millionen Jahre auf ihrem Höhenniveau halten, bevor die Erosion Oberhand gewinnt.

Phasen der Gebirgsbildung in der Erdgeschichte

Ärathem	System	mya	Orogenese
Känozoikum Erdneuzeit Dauer: 65,5 Mio.	Neogen	65,5	Alpidische Orogenese
	Paläogen	65,5
Mesozoikum Erdmittelalter Dauer: 185,5 Mio.	Kreide	145,5
	Jura	199,6
	Trias	251	variszische Orogenese
Paläozoikum Erdfrühzeit Dauer: 291 Mio.	Perm	299
	Karbon	359,2
	Devon	416
	Silur	443,7	kaledonische Orogenese
	Ordovizium	488,3
	Kambrium	542	cadomische Orogenese
Neoproterozoikum Neues Proterozoikum Dauer: 458 Mio.	Ediacarium	635
	Cryogenium	850	keine Angaben vorhanden
	Tonium	1.000
Mesoproterozoikum Mittleres Proterozoikum Dauer: 600 Mio.	Stenium	1.200
	Ectasium	1.400
	Calymmium	1.600
Paläoproterozoikum Frühes Proterozoikum Dauer: 900 Mio.	Statherium	1.800
	Orosirium	2.050
	Rhyacium	2.300
	Siderium	2.500
Neoarchaikum Dauer: 300 Mio.		2.800
Mesoarchaikum Dauer: 400 Mio.		3.200
Paläoarchaikum Dauer: 400 Mio.		3.600
Eoarchaikum Dauer: n. def.		4.000
Hadaikum Dauer: n. def.		4.600
Bitte beachten Sie, dass aufgrund der enormen Länge der Orogenesen ihr Beginn und Ende oft unterschiedlich datiert wird, je nachdem, auf welchen Ort und auf welche ihrer Phasen man sich bezieht.

Auf Hans Stille geht die Unterteilung des geologischen Werdegangs von Europa in vier wesentliche Gebirgsbildungsphasen zurück: die fennosarmatische, kaledonische, variskische und alpidische Phase. Fast alle „jungen“ Faltengebirge der Erde sind in den letzten 20-40 Millionen Jahren in der alpinen Gebirgsbildung, der letzten dieser Phasen, entstanden. In dieser Phase entstanden unter anderem der Hohe Atlas, die Pyrenäen, die Alpen und die Karpaten, die Dinariden, die Gebirgszüge der Türkei, das Zagros-Gebirge in Persien, der Himalaya und die westlichen Gebirge von Burma, Thailand und Indonesien. In der heutigen Alpenregion wurden die Ausgangsgesteine in mehreren Meeresräumen abgelagert; die damals gebildeten Meeressedimente waren bis zu einigen Kilometern dick und wurden in einem komplizierten Prozess, dessen Hauptphase vor etwa 70 Millionen Jahren begann, zu einem Gebirge aufgefaltet. Nach der stärksten Hebungsphase (vor etwa 25 Mill. Jahren) furchte die Erosion das weiträumig gehobene Gebiet an tektonischen Schwächezonen durch lange und kürzere Täler ein. Die Hebung der Alpen hält bis heute an (mit 1-3 mm pro Jahr), sie wird durch etwa gleichstarke Erosion wettgemacht.

Aus historischen Gründen werden die Bezeichnungen von Hans Stille heute noch benutzt, zum Teil nicht nur in Europa, sondern auch auf anderen Kontinenten. Daneben existiert eine Vielzahl von Bezeichnungen für Orogenesen, die sich von den Gebirgen der jeweiligen Region ableiten. Charakteristische Bezeichnungen meist mehr oder minder großflächiger oder als bedeutend eingestufter Orogenesen der Erdgeschichte sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Orogenese- Zeitalter	Anfangsphase Angaben in mya	Höhepunkt oder Ende	Derzeitige Phase	Wo? Kontinent?
alpidisch- Kreide, Känozoikum	100	50	rezent wachsend	Alpen, Himalaya, Karpaten - Kontinent Eurasien und Subkontinent Indien
variskisch- alleghenisch mittleres Paläozoikum	400	300	Erosion	Südliche Appalachen, die pre-Rocky Mountains und Anden, Ural, Schwarzwald, Harz, Rheinisches Schiefergebirge - Superkontinent Pangaea
kaledonisch- frühes Paläozoikum	510	410	Erosion	Nördliche Appalachen, Schottland, Norwegen - Alte Großkontinente Laurussia, Laurasia
cadomisch- (auch Panafrikanische oder Assyntische Orogenese) Neoproterozoikum	650	545	Durch Plattentektonik, Sedimentation, Vulkanismus überlagert.	Dobra Gneis (1377 mya) der Böhmischen Masse, im Waldviertel in Österreich - Superkontinent Pannotia oder Großkontinent Gondwana
Grenville- Mesoproterozoikum	1.200	1.100	Ehemals überlagert, durch eiszeitliche Abschleifung teilweise freigelegt.	Im östlichen Kanadischen Schild, Südwestliches Schweden, Südliches Norwegen, Nord-Australien - Superkontinent Rodinia
dano-polonisch- Mesoproterozoikum	1.500	1.400	überlagert durch Plattentektonik, Sedimentation	In Polen, Ukraine - Zusammenschluss der Kontinente Nena und Atlantika
Wopmay, svekofennisch- Paläoproterozoikum	2.000	1.700	Ehemals überlagert, durch eiszeitliche Abschleifung teilweise freigelegt.	Im westlichen Kanadischen Schild, auf Grönland, im Nordwesten Australiens, in Südafrika und im westlichen Baltischen Schild - Kontinente Nena, Atlantika, am Ende Superkontinent Columbia
Beispiel: loopisch- Neoarchaikum, Paläoproterozoikum	2.700	2.300	Ehemals überlagert, durch eiszeitliche Abschleifung teilweise freigelegt.	Im nordwestlichen Baltischen Schild Kleinkontinente Fennoscandia, Sarmatia, Volgo-Uralia, am Ende Superkontinent Kenorland? -
archaische Orogene	ca. 4.000	?	Überlagert, in kleinsten Gebieten der Kratone durch eiszeitliche Gletscher freigelegt.	Acasta-Gneis in der Sklavenprovinz und Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel in der Superior-Provinz in Kanada, Isua-Gneis in Grönland und andere Gesteinseinheiten in den Schilden der Kontinente - Superkontinent „Erste Erde“?

Siehe auch

• Kontinentalabhang
• Magmatite
• Entstehung von Bergen
• Superkontinent
• Acadische Gebirgsbildungsära

Einzelnachweise

1. ↑ Murawski, Hans: Geologisches Wörterbuch. Ferd. Emke Verlag Stuttgart, 11. Auflage 2004, 262 S., ISBN 978-3-827-41445-8; Hans Stille: Das Leitmotiv der geotektonischen Erdentwicklung, Vorträge und Schriften der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin; H. 32, 27 S., 1949
2. ↑ Oman: ein Obduktions-Orogen, Vorlesungen zur Strukturgeologie, Jean-Pierre Burg, ETH Zürich (pdf 2,4 Mb)
3. ↑ Mark T. Brandon; Nicholas Pinter: Der Beitrag der Erosion zur Gebirgsbildung, Spektrum der Wissenschaft, September 1997. Zusammenfassung
4. ↑ Djordje Grujic, Christof Lindenbeck: Geologische Expedition in das Königreich Bhutan. Feldbeobachtungen und Modellvorstellungen zur Entstehung des Himalaya - Das Zusammenspiel von Erosion und Klima, Geologisches Institut der Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg im Breisgau

Weblinks

• Im Schatten alter Kontinente – Österreich im Proterozoikum, Geologische Bundesanstalt Wien
• Die Entstehung der Appalachen und erste Ansätze der Rocky Mountains im späten Karbon (en.)
• Jan Golonka, DinoData.org: Glossar plattentektonischer und paläographischer Ausdrücke (en.)