Faltungen im Tertiär
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Bisher beschrieben wir Falten und Decken, aber über Zeiten und Abläufe der Bewegungen wurde wenig gesagt.
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Der Bewegungsablauf
Faltungen können nicht wie Schichten mit Hilfe von Fossilien datiert werden. Aber es bestehen indirekte Methoden, die es gestatten festzustellen, dass die Faltungsvorgänge vor 65 ma im Süden begannen und im Molassebecken vor 25 ma endeten.
Die Bewegungsabläufe erfolgten nicht beliebig, und es ist möglich ihre Abfolge aufzuzeichnen, so wie sie in den sechs Skizzen der Fig. 56 dargestellt ist.
1. Das erste Bild zeigt die Situation vor Beginn der Faltung, in der Unterkreide, vor 80 ma. Im Bereich der zukünftigen Alpen liegen von Norden nach Süden Meereströge, die von Brüchen begrenzt und durch Landschwellen, Inseln und Seichtwassergebieten voneinander getrennt sind. Sie werden von kontinentaler Kruste unterlagert. Nur der Piemont-Trog, der ein wahrer Ozean ist, liegt auf basaltischer Kruste.
2. Ende der Kreide - Zeit: Europäische und afrikanische Platte haben sich einander genähert,und an der schwächsten Stelle gibt die Kruste nach. Der Piemont-Trog, mit seiner dünnen ozeanischen Kruste, wird unter das Ostalpin verschluckt. Im mittleren Trog beginnen die Faltungen. Die Simmendecke dürfte vor 60 ma vom Vorschub erfasst worden sein, während die Sedimentation im Piemont-Becken kurz darauf aufhörte. Das Helvetikum wurde trockengelegt und es bildete sich ein Festlandboden, das Siderolithikum.
3. Der südlichste Teil der europäischen Plarte beginnt unter dem Ostalpin zu versinken. Vor 40 ma, als das Meer die helverische Region wieder überflutet hatte, dürfte sich die Stirnpartie des Penninikums aufgewölbt haben. Dadurch entstand jener Abhang, auf dem das Ultrahelvetikum ins helvetische Becken abglitt. Es ist möglich, dass auf dem Rücken des Ultrahelvetikums bereits ein Teil der penninischen Sedimenthülle, die zukünftige Klippendecke, lag. Diese Deckformation muss ja von ihrem Sockel abgeschert worden sein, bevor sie ihre Tauchfahrt unter das Ostalpin begann.
4. Vor 38 ma: Höhepunkr der alpinen Faltungen. Das Penninikum wurde unter das Östalpin verschluckt und erhielt dadurch seine komplexen Strukturen und erlitt eine recht intensive Metamorphose. Sicher war zu diesem Zeitpunkt ein Teil penninischen Sedimenthülle (Klippen- und Breccien-Decke) schon abgeschoben, denn beide Decken entgingen der Metamorphose. Es ist auch der Zeit-raum, in welchem das Ultrahelvetikum ins helvetische Becken glitt, wo Flysch abgelagert wurde. Nördlich des Helvetikums lag trockenes Vorland. Dieses ist heute unter der Molasse und den Jurabergen begraben.
5. Wenig später, vor 32 ma, entwickelten sich die helvetischen Decken. Ihr südlichster Teil, aus dem die Simplon-Tessin-Decken entstanden, war schon unter das Penninikum geglitten. Im schmalen, den helvetischen Erhebungen vorgelagerten Meer, hörte die Flysch-Sedimentation auf und in dem nun seichteren Meerwasser wurde Molasse abgelagert.
6. Im Penninikum löste eine gewaltige Deformation ein Überkippen der Decken nach Süden aus, wodurch die Tektonik der südlichen Gebirgsketten tiefgreifend verändert wurde. Weil diese Bewegung von Norden nach Süden verlief, spricht man von einer "Rückfaltung", die im Gegensatz steht zu den von Süden nach Norden geschobenen "normalen" Faltungen (Profil Fig. 48). Zwischen 30 ma und 20 ma wurden die Alpen, damals ein Hochgebirge mit Gipfelhöhen um vielleicht 6000 m, durch kräftige Erosion zerstört. Der Gesteinsschutt wurde ins dannzumal nicht mehr marine Molassebecken geschwemmt. Vor 20 ma, anlässlich letzter Faltungen, nahm das Ultrahelvetikum, samt aufliegender Klippen-, Breccien- und Simmen-Decke, seine Stellung über der jüngst geschütteten Molasse ein. Natürlich erfasste die Erosion auch diese neuen Bergketten und wiederum wurden Schuttmassen in einer weiteren Phase der Molassebildung sedimentiert.
Als nach H. B. de Saussure die Naturforscher des letzten Jahrhunderts Bedeutung und Umfang der Alpenfaltung erkannten, suchten sie deren Ursache in einer Katastrophe grössten Ausmasses. Sie stellten sich vor, dass ganz gewaltige Kräfte am Werk gewesen sein mussten, um widerstandsfähige und dicke Schichten von Gesteinspaketen zu bewegen und wie Papier zu zerknittern. Den damaligen Gelehrten fehlten Kenntnisse über Gesteinsmechanik, Dauer geologischer Zeiten und Geschwindigkeiten der Verschiebung von Kontinentalplatten. Heute wissen wir, dass sich Gesteine selbst unter geringen Belastungen verformen vorausgesetzt, dass diese genügend lange einwirken. Wir wissen, dass geologische Zeiten von sehr langer Dauer sind, und dass Kontinente sich mit Geschwindigkeiten bis zu einem Dezimeter pro Jahr verschieben.
Versuchen wir ein Beispiel durchzurechnen: Zwischen Anfang und Ende der alpinen Faltungen sind 40 Millionen Jahre vergangen. Angenommen, die Verschiebungsgeschwindigkeit hätte 10 cm pro Jahr betragen, ergibt sich eine Distanz von 4000 km. Statt sich eine Längenausdehnung vorzustellen, muss man auch an eine Verkürzung denken, weil die Verschluckung der europäischen Platte unter die afrikanische ja zu einer Annäherung zweier Fixpunkte auf diesen Kontinenten führte.
Wahrscheinlich ist der Wert von 4000 km übertrieben, weil die Geschwindigkeiten vermutlich meist geringer waren; im Mittel vielleicht kleiner oder gleich der heutigen Verschiebung von Nordamerika gegenüber Europa, die 20-30 mm pro Jahr beträgt. Um soviel wird der Nordatlantik jährlich breiter!
Verbunden mit den horizontalen Bewegungen, waren vertikale. Die Alpenkette erlebte eine markante Hebung. Im Raum Lausanne liegen Molasseschichten, die einst im Meer abgelagert wurden, heute auf 800 m ü. M. immer noch horizontal. Auf diese Höhe können sie nur durch eine Hebung gelangt sein.
Die vertikalen Verschiebungen dauern heute noch an. Höhenmessungen, die als Präzisionsnivellements im Intervall von rund 50 Jahren wiederholt wurden zeigen, dass sich die Alpen in ihrem zentralen Teil um 1 mm pro Jahr heben. Aus der Karte (Fig. 57) kann man entnehmen, wie sich die verschiedenen Gebiete der Schweiz verhalten, und dass ein Maximum von 1,7 mm pro Jahr in der Simplon-Region nachgewiesen ist.
Auf den ersten Blick mag 1 mm pro Jahr nichtig sein. Aber wiederum ist die Zeitdauer in Rechnung zu stellen. Angenommen, die Hebung begann unmittelbar nach Ende der Deckenbewegungen, also vor 20 Millionen Jahren, so ergeben sich total 20 Millionen mm oder 20 km. Die Alpen haben 20000 m Höhe nie erreicht, weil die Erosion ihre Zerstörungswerk mit fast gleicher Geschwindigkeit vollzog, wie die Hebung vorsichging.
Die alpine Metamorphose
Die gewaltigen Drücke der alpinen Faltungen und die durch Bewegungsreibung, wie auch durch Wärmezufuhr aus dem Erdinnern erhöhten Temperaturen sind die hauprsächlichsten Ursachen der Gesteinsmetamorphose. Erhöhte Temperaturen und Drücke verändern Mineralbestand und Textur der Gesteine. Wenn neue Mineralien in Klüften freien Raum finden um sich zu entwickeln, sind sie oft von sehr schöner Gestalt. Solche Kristalle wecken die Leidenschaft der Strahler und das Interesse der Sammler. Von diesen Kristallen sei zuerst die Rede, weil sie das Verständnis der Metamorphose erleichtern.
Die Kristalle in Klüften
Strahler suchen Kristalle in Klüften und Drusen. Hohlräume sind demnach erste Voraussetzung, damit wachsende Kristalle sich ihrer kristallographischen Struktur gemäss entwickeln können, ohne sich gegenseitig zu behindern (Fig. 58).
Die zweite Bedingung zur Entwicklung schöner Kristalle wird durch die Metamorphose erfüllt. Die dabei eintretende Temperaturerhöhung fördert die Zirkulation warmer Wässer und Dämpfe im Gestein. Diese Medien lösen und verlagern zahlreiche Elemente. Von den Mineralogen wird eine solche Stoffwanderung als hydrothermaler Vorgang bezeichnet. Er verläuft aus dem Inneren des Gesteins zur Kluft hin. In Fig. 59 wird gezeigt, wie hydrothermale Wässer das Gestein in der Umgebung der Kluft entmineralisiert und die gelöste Mineralsubstanz an den Kluftwänden abgesetzt haben, sodass sie im freien Hohlraum kristallisieren konnte.
Die Art der Kristalle hängt von der Zusammensetzung des Muttergesteins ab. Auch die herrschenden Temperaturen spielen mit, weil durch unterschiedliche Temperaturen unterschiedliche Elemente mobilisiert werden. Kristalle sind also Thermometer, die auch den Grad der Metamorphose anzeigen.
Zwei Regionen des Wallis sind besonders reich an schönen Kristallen: das Aarmassiv und das Binntal. Klüfte in Graniten und Gneisen des Aarmassivs beherbergen vorwiegend Quarze, weil die den Quarz bildende Kieselsäure (SiO2) schon unter einer schwachen Metamorphose, wie sie für das Aarmassiv typisch ist, eine äusserst mobile Substanz ist. Einige Quarze sind gefärbt: bräunlich der Rauchquarz, violett der Amethyst. Die Färbungen werden durch radioaktive Beimengungen ausgelöst, welche die innere Struktur des Quarzes beeinflussen. Die grössten Quarze des Aarmassivs, bis zu einigen hundert Kilogramm Gewicht, wurden allerdings nicht auf Walliserboden gefunden.
Stärkere Metamorphose und andere ausserordentliche Bedingungen haben im Binntal viele und auch seltene Kristallvarietäten entstehen lassen. Weltweit kennt man etwa 2000 Kristallarten. Davon wurden 30 in der Schweiz entdeckt, worunter 21 im Binntal, inklusive 14, die bisher überhaupt noch an keinen anderen Orten gefunden wurden. Warum das so ist, lässt sich nicht auf einfache Weise erklären. Am wahrscheinlichsten ist, dass hydrothermale Lösungen durch Dolomit (Magnesiumführender Kalk, CaMg(CO3)2) drangen und darin eingelagerte Verbindungen von Blei, Eisen, Zink, Kupfer, Silber, Arsen,Schwefel und andere lösten. Beim Ausscheiden der Lösungen in Klüften wurden die genannten Elemente in die Strukturen der sich bildenden Kristalle eingelagert, sodass man heute schöne Mineralien findet, wie Magnetit, Pyrit, Bleiglanz, Zinkblende, Arsenkies und weiter Sulfosalze.
Im Wallis gibt es noch eine ganz besondere Kristallart, die nur der geübte Strahler erkennt: der Fensterquarz vom Val d'Illiez. Das ist ein Quarz, der an den Kanten so rasch gewachsen ist, dass die Kristallflächen nicht mitfolgen konnten. Dadurch sehen sie aus wie eine vom Rahmen eingefasste Fensterscheibe (Fig. 60).
Die Metamorphose im Innern der Gesteine
Stoffwanderungen und Rekristallisationen sind nicht auf Klüfte und deren Umgebung beschränkt, sondern spielen sich auch im Innern der Gesteine mit den gleichen Mineralien, Quarz, Calzit und anderen, ab. Aber die neugebildeten Kristalle sind in der Regel klein und ohne ihre typische Tracht, weil sie die Gestalt der feinen Poren angenommen haben, in denen sie gewachsen sind. Um diese Mineralien zu bestimmen, muss man Instrumente zur Hand nehmen. Das einfachste ist das optische Mikroskop, das zur Zeit höchstentwickelte die Ionenmikrosonde.
Mit Laboruntersuchungen gelang es, die Bildungsbedingungen einiger Mineralien annähernd zu ermitteln. So kennt man Mineralien, die bei hoher Temperatur und niedrigem Druck, andere bei niedriger Temperatur und hohem Druck und wieder andere bei ausgeglichenen Temperatur- und Druckbedingungen entstehen. Nimmt man ein Inventar der in Gesteinen vorhandenen Mineralien auf, lässt sich daraus der Ablauf von Temperatur- und Druckveränderungen während der Metamorphose ableiten. Kennt man diesen, versuchen die Geologen die Gesteinsmetamorphose mit den Faltungsphasen in Beziehung zu bringen.
Die alpine Metamorphose vollzog sich in zwei Hauptphasen: In einer sehr frühen, wahrscheinlich gegen Ende der Kreide-Zeit und einer späteren, erst nachdem die Deckenüberschiebungen abgeschlossen waren, wie man aus der Tatsache schliesst, dass die Zonen gleicher Intensität der Metamorphose quer über alle Decken laufen (Fig. 61). Die in der ersten Phase entstandenen Mineralien weisen auf extrem hohen Druck und relativ niedrige Temperaturen (um 400° C) hin. Die Mineralien der zweiten Phase entwickelten sich dagegen bei hohen Temperaturen. Die Karte zeigt, dass die Gebiete intensivster Metamorphose nördlich der Tessinerseen liegen.
