Apennin unter Italien öffnet sich wie ein Reißverschluss

Tief unter unseren Füßen ist das langsame Getriebe der Erde ständig in Bewegung.

Kontinente stoßen zusammen. Die Ränder tektonischer Platten gleiten übereinander, wobei eine Platte unter die andere in den Erdmantel abtaucht. Gebirge werden aufgefaltet, Klüfte reißen auf, und unter all dem wirkt die unaufhörliche Konvektion – in einem so gemächlichen Tempo, dass die Welt für das menschliche Auge unverändert scheint.

Für uns ist es, als würden wir einen Film aus einem einzigen Standbild rekonstruieren, wenn wir von der Geologie an der Oberfläche auf die chthonischen Prozesse zurückschließen, die sie weiterhin formen.

Ein besonders rätselhaftes Standbild findet sich im Apennin, jenem Gebirgszug, der das Rückgrat der italienischen Halbinsel bildet.

Dort wird die Erdkruste entlang des Gebirges auseinandergezogen, obwohl sie an dessen äußerem Rand zugleich zusammengedrückt wird. Manche Teile der Region heben sich, andere sinken ab. Auch die Erdbeben auf den beiden Seiten des Gebirges erzählen ähnlich widersprüchliche Geschichten.

Nun glauben Geologen unter Leitung von Stefano Tavani von der Universität Florenz, die Erklärung gefunden zu haben: Unter Italien „öffnet“ sich die Erdkruste wie ein Reißverschluss, wodurch die ungewöhnliche Geologie an der Oberfläche entsteht.

Der Vorgang heißt Delamination: Dabei lösen sich die dichte untere Erdkruste und die daran gebundene Lithosphäre von der darüberliegenden Kruste ab und sinken in den Erdmantel.

Nach Tavani und seinen Kollegen geschieht das unter dem Apennin nicht überall gleichzeitig. Vielmehr gibt es – ähnlich wie bei einem Reißverschluss – nur eine einzelne Front, ein sogenanntes Scharnier, an dem sich die Schichten ablösen. Diese Front wandert langsam unter Italien in Richtung des adriatischen Vorlands.

Um zu verstehen, weshalb dies solche Auswirkungen auf die Erdoberfläche hat, müssen wir den Film jedoch zurückspulen.

Der geologische Widerspruch im Apennin

Der Apennin erstreckt sich über rund 1.200 Kilometer entlang der italienischen Halbinsel und stellt die Geologie seit Langem vor ein Rätsel.

Wie viele Gebirge entstand auch der Apennin, als tektonische Platten gegeneinanderdrückten, die Erdkruste über Millionen Jahre stauchten und verdickten und so hohe Gipfel aufwarfen.

Das tektonische System unter Italien setzte seinen Druck jedoch nicht einfach unverändert fort. Während sich die in den Mantel absinkende Gesteinsplatte allmählich zurückzog, wurde die Kruste hinter dem wachsenden Gebirgszug gedehnt, wodurch sich das Tyrrhenische Meer öffnete.

Dadurch geriet der Apennin in eine ungewöhnliche Lage: Während sein äußerer Rand weiterhin zusammengedrückt wurde, zog sich die weiter hinten liegende Kruste auseinander.

„Das Paradoxon, wie horizontale Kontraktion und Extension gleichzeitig in konvergenten Gebirgsgürteln auftreten können, bleibt ein grundlegendes und weitgehend ungelöstes Problem der Kontinentaldynamik“, heißt es in einer Beschreibung dieses Widerspruchs in einem Bericht der Annals of Geophysics aus dem Jahr 2006.

Über Millionen Jahre gehörten diese gegensätzlichen Bewegungen zum selben tektonischen System. Vor etwa 10 bis 2 Millionen Jahren entsprach eine Verkürzung von ungefähr 100 Kilometern im zentralen Apennin einer ähnlichen Dehnung in der dahinterliegenden tyrrhenischen Region.

Bislang wurde diese gleichzeitige Kontraktion und Extension dem Slab Rollback zugeschrieben – dem Rückzug der absinkenden Platte, der die Kruste hinter der Gebirgsfront streckt, während weiter östlich die Kompression andauert.

Doch vor rund 2 Millionen Jahren änderte sich etwas. Die große Extensionsphase, durch die sich das Tyrrhenische Meer geöffnet hatte, endete, und die Verkürzung an der Front des Apennins verlangsamte sich danach drastisch.

Die paradoxe Verformung des Gebirges hielt dennoch an. Offenbar war noch ein anderer Prozess beteiligt.

Delamination unter Italien als wandernder Reißverschluss

Um dem nachzugehen, kombinierten Tavani und seine Kollegen mehrere unterschiedliche Perspektiven auf den Gebirgszug: Jahrzehnte von Erdbeben- und GPS-Messungen, Satellitenradarbeobachtungen sowie Karten der Grenze zwischen Erdkruste und Erdmantel. Diese Region wird liebevoll Moho genannt, als Kurzform für die Mohorovičić-Diskontinuität.

Dabei zeigte sich ein überzeugendes Muster. Die verschiedenen Arten der Verformung schienen sich alle um dieselbe Struktur tief unter dem Apennin zu konzentrieren.

Über mehr als 500 Kilometer entlang des Gebirgszuges identifizierten die Forschenden eine Zone, in der sich der Moho unter der tyrrhenischen Seite mit dem Moho unter der adriatischen Seite überlappt.

Sie deuten diese doppelte Kruste als jenen Bereich, in dem sich die untere Erdkruste ablöst – als wandernde Front des Reißverschlussprozesses. Vergleichbar ist sie mit der Stelle, an der sich ein Klebestreifen von einer Oberfläche hebt, wenn man ihn abzieht.

Auch die Erdbeben häufen sich dort. Hinter und oberhalb der Front weisen die Erdbebenmechanismen überwiegend darauf hin, dass die Kruste auseinandergezogen wird; davor deuten sie größtenteils auf Kompression hin.

Die GPS-Daten zeichnen ein ähnliches Bild. Quer über den Gebirgsgürtel maßen die Forschenden eine Extension von etwa 4 Millimetern pro Jahr, während an seinem äußeren Rand ein Teil dieser Bewegung durch ungefähr 2 Millimeter Kontraktion pro Jahr ausgeglichen wird.

Die Forschenden bezeichnen dies als „akkordeonartige“ Verformung: Der Gebirgsgürtel dehnt sich im Inneren, während er sich gleichzeitig an seiner Front verkürzt.

Während der früheren Entwicklung des Apennins könnte Slab Rollback ein solches Muster erklären. Für das heutige Bild reicht diese Erklärung jedoch nicht aus. Tavani und seine Kollegen argumentieren, dass die fortdauernde Delamination unter dem Gebirge den fehlenden inneren Antrieb liefert.

Wie das wandernde Scharnier die Kruste verformt

Vor dem wandernden Scharnier bleiben die untere Erdkruste und der lithosphärische Mantel mit der absinkenden Platte verbunden, die die Kruste nach unten zieht. Sobald das Scharnier vorbeizieht und sich die unteren Schichten ablösen, wird diese nach unten gerichtete Last jedoch aufgehoben.

Die verbleibende Kruste kann sich dann aufbiegen und nach oben zurückfedern, weil dichteres Material unter ihr durch auftriebsstärkeres Mantelmaterial ersetzt wird. Hinter dem Scharnier verursacht dieser Prozess Extension, während die weiterhin verbundene Kruste davor Kompression und Absenkung erfährt.

Das Bild ist nicht vollständig: Das Modell ist bewusst vereinfacht, und hinsichtlich der genauen Struktur der Platte unter dem Apennin bleiben Fragen offen. Um die gesamte Komplexität von Mantel und Kruste zu verstehen, während sie sich im Lauf der Zeit verformen, werden ausgefeiltere Modelle erforderlich sein.

Doch das Ergebnis legt nahe, dass der Apennin Geologen ein seltenes Geschenk bieten könnte – „eine empirische, geodätisch eingegrenzte Dokumentation eines seitlich wandernden Delaminationsscharniers, das das Zurückschälen der Mantellithosphäre in Echtzeit nachverfolgt“, schreiben die Forschenden.

Nicht schlecht für einen Film, der aus einem einzigen Standbild zusammengesetzt wurde.

Die Ergebnisse wurden in Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Rachel Garner auf Fakten geprüft und von Peter Dockrill redigiert. Wir sind zwar stolz auf unseren Prozess, aber auch wir sind nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, lassen Sie es uns bitte wissen.