Geologen datieren die Entstehung der Sierra Nevada neu

Professor Andreas Mulch, Geologe an der Leibniz Universität Hannover, hatte im Juli 2006 eine Veröffentlichung in Science: seine Forschergruppe war es durch die Analyse prähistorischen Regenwassers gelungen, die Entstehung der Sierra Nevada neu zu datieren. Jetzt ist dieser Artikel vom „Discover Magazine“ zu den Top 100 Science-Artikeln des Jahres 2006 gewählt worden.

Zwischen 80 und 120 Millionen Jahre alt ist das Gestein der Sierra Nevada in Kalifornien, doch wann wurde dieses Gestein zu dem bis zu 4400 Meter hohen Gebirgszug aufgetürmt, den wir heute kennen? Bisher nahmen Wissenschaftler an, dass die Sierra Nevada im Westen der USA vor drei bis fünf Millionen Jahren entstanden sei. Neue Forschungsmethoden zeigen jedoch, dass das etwa 600 Kilometer lange Hochgebirge rund 40 Millionen Jahre alt sein könnte. Die Forschungsergebnisse der Wissenschaftler, unter der Leitung von Prof. Andreas Mulch, der seit Sommer 2006 Professor für Geologie an der Leibniz Universität Hannover ist, basieren auf einer neuen Methode: der Analyse von prähistorischem Regenwasser. Die Ergebnisse der Studie, die Mulch noch als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Stanford University erstellte, wurden im Juli 2006 in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Das von Mulch untersuchte prähistorische Regenwasser fiel aus Wolken, die an den Hängen der Sierra Nevada aufstiegen und dort in den verschiedenen Höhen abregneten. Es versickerte und wurde dabei in neue Minerale eingebaut, die im Zuge der Gesteinsverwitterung entstanden sind. Prähistorische Regentropfen unterscheiden sich in ihrer chemischen Zusammensetzung generell nicht von neuzeitlichen, jedoch führen langfristige Klimaänderungen dazu, dass – je nach Umgebungstemperatur – unterschiedliche Isotopenzusammensetzungen in diesen Wässern zu finden sind. Dieser Zusammenhang führt dazu, dass sich die Isotopenzusammensetzung des Wassers jedoch auch mit der Höhe, in der die Wolken die Regentropfen abgeben, ändert. So gibt es etwa isotopisch „schwereres“ Wasser, das eine höhere Konzentration an Deuteriumisotopen enthält und in niedrigeren Höhen abregnet, während „leichteres“ Wasser, das weniger Deuteriumisotope enthält, allgemein in höheren Gebirgslagen zu finden ist. An der Isotopenzusammensetzung des Wassers können die Wissenschaftler daher sehen, wie hoch die Wolken und damit wie hoch ein Gebirge zu der Zeit war, als der Regen nieder ging. Mulch und seine Kollegen der Stanford University stellten fest, dass die Zusammensetzung des vor 40 Millionen Jahren in das Gestein eingebauten Wassers entlang des untersuchten Flussprofils sich nicht wesentlich von der heutigen Isotopenzusammensetzung unterscheidet. Dies wiederum bedeutet, dass auch die Berge ähnlich hoch gewesen sein müssen. Die chemischen Analysen ergaben, dass es vor rund drei Millionen Jahren lediglich eine leichte Hebung von höchstens 600 Metern gegeben haben kann. „Der Rest der Sierra ist eindeutig älter“, sagt Mulch. Dieses Resultat hat nicht nur weit reichende Folgen für die Entstehungsgeschichte der Sierra Nevada, sondern ist auch ein wichtiger Baustein zum Verständnis der langfristigen Niederschlagsmuster und der klimatischen Verhältnisse in den westlichen USA.

Bei den Feldarbeiten bewegten sich die Forscher auf den Spuren der Goldsucher: Während der Zeit der großen Goldrausches Mitte des 18. Jahrhunderts wurden die Uferhänge des Yuba und des American River – zwei der großen Flüssen der Sierra Nevada – mit riesigen Wasserkanonen abgetragen, um an das dort vermutete Gold zu gelangen. Diese als „hydraulischer Bergbau“ bezeichnete Methode wurde später verboten, da sie gravierende Umweltschäden nach sich zog. Für die Forscher jedoch stellten die Spuren der Goldsucher aber einen Schatz dar: „Ohne diese brachiale Praxis wäre man nur schwerlich an das 40 Millionen Jahre alte Gestein gekommen“, erklärt Mulch.

Die von Mulch entwickelte Methode wird in den nächsten Jahren weiter erprobt werden und der Geologe erhofft sich Aufschluss auch über Zusammenhänge, die scheinbar keine Verbindung haben, wie etwa zwischen topographischen Entwicklungsprozessen und klimatischen Veränderungen.

Hinweis an die Redaktion:
Für nähere Informationen steht Ihnen Prof. Andreas Mulch vom Institut für Geologie unter Telefon +49 511.762-2170 oder per E-Mail unter mulch@geowi.uni-hannover.de gern zur Verfügung.