Welche Kräfte bestimmen über die Höhe von Gebirgen?

Kommt drauf an, sagen Wissenschaftler und schlagen im Journal Nature ein neues Klassifizierungsschema dafür vor. Es beschreibt mit nur einer einzigen Zahl, ob die Höhe eines Gebirges hauptsächlich durch Verwitterung und Erosion oder durch Eigenschaften der Erdkruste, d. h. die Festigkeit der Lithosphäre und tektonische Kräfte, bestimmt wird. Die Forscher nennen ihre Kennziffer Beaumont-Zahl.

Wissenschaftler haben ein neues Klassifizierungsschema für Gebirgszüge entwickelt, das mit nur einer einzigen Zahl beschreibt, ob die Höhe des Gebirges hauptsächlich durch Verwitterung und Erosion oder durch Eigenschaften der Erdkruste, d. h. die Festigkeit der Lithosphäre, bestimmt wird: die “Beaumont-Zahl” (Bm). Sie ist nach Chris Beaumont benannt, einem Wissenschaftler, der zusammen mit seinem Team gekoppelte Modelle für Oberflächenprozesse und tektonische Kräfte entwickelt hat. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe von Nature.

Eine Beaumont-Zahl zwischen 0,4 und 0,5 bedeutet, dass sich das Gebirge in einem so genannten “flux steady state” befindet, in dem die kontrollierenden Faktoren des Gebirgswachstums tektonische Kräfte und die Festigkeit der Lithosphäre sind, die durch Verwitterungsprozesse ausgeglichen werden, wie zum Beispiel in Taiwan. Bei einem Bm-Wert unter 0,4 befinden sich die Berge ebenfalls in einem Flux-Steady-State, aber mit Erosion als steuerndem Faktor, wie die Südalpen Neuseelands. Eine Beaumont-Zahl über 0,5 bedeutet, dass die Berge noch wachsen (nicht-stabiler Zustand), wobei die Stärke der Lithosphäre den Prozess steuert. Beispiele für diesen Typ sind das Himalaya-Tibet-Gebirge und die zentralen Anden.

Mit dieser Klassifizierung wird eine seit langem offene Frage geklärt, ob nun tektonische Kräfte und die Stärke der Erdkruste die steuernden Faktoren für die Gebirgshöhen sind oder ob es Verwitterungsprozesse sind. Der neuen Studie zufolge kann das eine oder das andere der Fall sein – je nach geografischer Lage, Klima und Untergrundbeschaffenheit.

Das Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Sebastian G. Wolf von der Universität Bergen in Norwegen verwendete für seine Studie ein neues, gekoppeltes Modell für Oberflächenprozesse und Tektonik, indem es das thermomechanische Tektonikmodell FANTOM mit dem Landschaftsentwicklungsmodell FastScape kombinierte. So konnten sie die hohen Erosionsraten in einigen aktiven Gebirgszügen mit dem Überdauern von Gebirgsgürteln über Hunderte von Millionen Jahren in Einklang bringen.

Jean Braun vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ, einer der Koautoren der Studie, sagt: “Mit unserer Beaumont-Zahl können wir angeben, in welchem Verhältnis Tektonik, Klima und Krustenfestigkeit die Höhe von Gebirgsgürteln steuern. Für die meisten Gebirgsgürtel ist dies ohne komplizierte Messungen oder Annahmen möglich; man muss lediglich die Konvergenzrate aus heutigen Plattengeschwindigkeiten oder Plattenrekonstruktionen, die Höhe des Gebirges aus einer topografischen Karte und die Verbreiterungsrate aus den geologischen Aufzeichnungen kennen. Kurz und knapp: Ob ein Berg niedrig oder hoch ist, ist das Ergebnis einer langsamen oder schnellen Plattenkonvergenz, eines feuchten oder trockenen Klimas oder einer starken oder schwachen Kruste.” Die Beaumont-Zahl zeigt an, welcher dieser drei Faktoren dominiert.

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Originalpublikation:

Originalstudie: Sebastian G. Wolf, Ritske S. Huismans, Jean Braun & Xiaoping Yuan: „Topography of mountain belts controlled by rheology and surface processes“; in Nature. DOI: 10.1038/s41586-022-04700-6

Weitere Informationen:

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04700-6 (Link zur Studie)

http://www.gfz-potsdam.de/