Wissenschaftler finden, dass Mantelbewegungen für die Existenz der „Großen Diskordanz“ verantwortlich sein könnten

Zusammenfassung:

Die Erde ist etwa 4,5 Milliarden Jahre alt, aber in vielen Teilen der Welt gibt es eine rätselhafte Zeitlücke in den Gesteinsformationen: Hunderte Millionen Jahre oder sogar mehr als eine Milliarde Jahre an geologischen Aufzeichnungen fehlen zwischen einigen alten Gesteinen und den jüngeren Sedimentgesteinen darüber.

Wissenschaftler nennen dieses Phänomen die „Große Diskordanz“. Kürzlich schlug ein Forschungsteam der University of Wollongong in Australien eine neue Erklärung vor: Das langsam fließende Mantelmaterial tief in der Erde könnte die großflächige Hebung alter Kontinente gefördert haben, wodurch Gesteine ​​für lange Zeit freigelegt und erodiert wurden; Dann sanken die Kontinente allmählich ab und Ozeane und Sedimente bedeckten diese erodierten Oberflächen, wodurch diese geologische Diskontinuität bis heute erhalten blieb.

Die Große Diskordanz ist eines der berühmtesten ungelösten Rätsel der Geologie. Normalerweise sammeln sich Gesteinsschichten im Laufe der Zeit an, wobei jüngere Sedimente ältere Gesteine ​​bedecken, wodurch eine kontinuierliche Aufzeichnung entsteht, die die Erdgeschichte nachzeichnet. Wo jedoch die Große Diskordanz auftritt, bedecken Sedimentgesteine, die im frühen Kambrium vor etwa 540 Millionen Jahren entstanden sind, oft direkt alte kristalline Gesteine, die mehr als 1 Milliarde Jahre alt sind.

Diese große zeitliche Lücke zwischen den Gesteinsschichten bedeutet, dass die in der langen Zeitspanne entstandenen Gesteine ​​verschwunden sind oder lokal nie erhalten geblieben sind.

Der Grand Canyon ist einer der berühmtesten Orte, um dieses Phänomen zu beobachten. An den Wänden des Canyons bedeckt Tapeats-Sandstein, der vor etwa 540 Millionen Jahren entstanden ist, direkt alte Grundgesteine ​​wie Vishnu-Schiefer, die weit über 1 Milliarde Jahre alt sind. Zwischen beiden liegt eine geologische Zeitspanne von Hunderten von Millionen Jahren.

Ähnliche Phänomene sind nicht auf Nordamerika beschränkt; verwandte geologische Grenzen finden sich auch in Europa, Australien, Afrika und Asien. Allerdings variieren die fehlenden Zeitspannen in den verschiedenen Gebieten, einige sind etwa 200 Millionen Jahre alt, andere mehr als 1 Milliarde Jahre.

In der Vergangenheit haben Wissenschaftler eine Vielzahl von Erklärungen vorgeschlagen, darunter globale Erosion, uralte Gletscheraktivität und Veränderungen in der Plattentektonik. Es wurde einst angenommen, dass insbesondere die globalen Gletscherereignisse im späten Neoproterozoikum zu großflächiger Gesteinserosion geführt haben. Diese Theorien können jedoch nicht vollständig erklären, warum sich die Große Diskordanz auf entfernten Kontinenten bilden kann und warum Erosionsgrenzflächen in einigen Gebieten so lange erhalten bleiben können.

Diesmal richtete das Forschungsteam seine Aufmerksamkeit auf die Bewegung des Erdmantels tief in der Erde.

Der Mantel befindet sich unter der Erdkruste und besteht aus festem Gestein hoher Temperatur. Obwohl es nicht so schnell fließt wie eine Flüssigkeit, ist Mantelmaterial zu langsamen Konvektionsbewegungen auf Zeitskalen von Millionen bis Hunderten von Millionen Jahren fähig. Diese Tiefenbewegungen können die Höhe der Erdoberfläche verändern und dazu führen, dass große Kontinentalflächen allmählich ansteigen oder absinken.

Forschungsleiter Santosh Dhungana, Doktorand an der University of Wollongong, und sein Betreuer, außerordentlicher Professor Nicolas Flament, verwendeten Computermodelle, um die Beziehung zwischen Mantelkonvektion und vertikaler Bewegung von Kontinenten über Hunderte von Millionen Jahren zu simulieren.

Modelle zeigen, dass während des Neoproterozoikums vor etwa 1 Milliarde bis 540 Millionen Jahren der Fluss heißen Materials im Erdmantel die alten Kontinentalkerne von Laurentia, Baltica und Nordchina möglicherweise zu einer allmählichen Hebung veranlasst hat.

Laurentia ist der Vorgänger des Kerns des antiken Kontinents Nordamerika, und der baltische Kontinent bildet eine wichtige geologische Grundlage für die heutige nordische Region. Die Forscher fanden heraus, dass diese Gebiete einen lang anhaltenden Prozess der Oberflächenanhebung erlebten, bei dem nach und nach alte Gesteine ​​freigelegt wurden, die ursprünglich unter der Erde vergraben waren.

Da Gesteine ​​über längere Zeiträume hinweg freiliegen, können Verwitterung, Flussauswaschungen und andere Erosionsprozesse die oberen Gesteins- und Sedimentschichten kontinuierlich abtragen. Nach Hunderten von Millionen Jahren der Erosion wurde eine große Anzahl von Gesteinsformationen, die die Geschichte der Erde hätten aufzeichnen können, vollständig entfernt, so dass nur noch die Oberfläche des alten kristallinen Gesteins übrig blieb.

Aber das reicht nicht aus, um zu erklären, warum die Steine ​​verschwunden sind. Eine weitere rätselhafte Frage im Zusammenhang mit der Großen Diskordanz ist, warum die erodierte Oberfläche im Laufe der Zeit erhalten blieb und nicht weiterhin vollständig zerstört wurde.

Der Schlüssel liegt nach Ansicht der Forscher im anschließenden Untergang des Kontinents.

Mit Beginn des Phanerozoikums, einer geologischen Periode vor etwa 540 Millionen Jahren, veränderte sich das Bewegungsmuster des Mantels und der zuvor emporgehobene Kontinentalkern sank allmählich ab. Wenn der Oberflächenspiegel sinkt, beginnt das Meerwasser, diese seit langem erodierten Gebiete wieder zu bedecken, und es sammeln sich neue Sedimente an, die die älteren Gesteine ​​von den jüngeren geologischen Schichten trennen.

Mit anderen Worten: Die vorangegangene Kontinentalhebung war für den Abtransport großer Gesteinsmengen verantwortlich, während die anschließende Kontinentalsenkung dazu beitrug, die durch Erosion entstandene geologische Grenzfläche zu erhalten. Zwei tiefe Erdprozesse, die Hunderte Millionen Jahre andauerten, arbeiteten zusammen, um die heutige Große Diskordanz zu erzeugen.

Die Forscher fanden heraus, dass die vom Computermodell vorhergesagten Hebungs- und Senkungsbereiche in hohem Maße mit der tatsächlichen Verteilung großer Diskordanzflächen in Gebieten mit offensichtlicher Verteilung, einschließlich Nordamerika, Nordeuropa und Nordchina, übereinstimmen. Diese geografische Übereinstimmung liefert wichtige Belege für die Beteiligung der Mantelbewegung an der Entstehung der Großen Diskordanz.

Nicolas Flament sagte, dass eine langfristige Hebung, gefolgt von einer langfristigen Senkung, die idealen Bedingungen schuf, um große Mengen Gestein zu entfernen und die erodierte Oberfläche zu erhalten. Während viele frühere Erklärungen tatsächliche Bewegungen in der Tiefe der Erde über lange geologische Zeiträume hinweg nicht vollständig berücksichtigten, versucht diese Studie, die Manteldynamik mit den geologischen Aufzeichnungen an der Oberfläche zu verknüpfen.

Die Forschung hat auch umfassendere geologische Implikationen. Es zeigt, dass die auf der Erdoberfläche sichtbaren Gesteinsformationen nicht nur durch äußere Kräfte wie Regenfälle, Flüsse, Gletscher und Ozeane beeinflusst werden, sondern möglicherweise auch durch langfristige Mantelbewegungen in Tausenden von Kilometern Tiefe gesteuert werden. Langsame Veränderungen im Erdinneren können Hunderte Millionen Jahre später durch Prozesse wie Kontinentalhebung, Erosion und Sedimentation klar erkennbare geologische Spuren hinterlassen.

Die Forschungsarbeit trägt den Titel „The deep Earth origin of the Great Unconformity“ und wurde gemeinsam von Santosh Dhungana und Nicolas Flament verfasst. Es wurde am 4. November 2026 in Nature veröffentlicht. Die Forschung wurde vom Australian Research Council finanziert.

Natürlich bedeutet diese Studie nicht, dass die Große Diskordanz in allen Regionen durch genau den gleichen Prozess entsteht. Verschiedene Kontinente haben unterschiedliche geologische Entwicklungsgeschichten und auch die fehlenden Zeitspannen variieren. Das vom Forschungsteam vorgeschlagene Manteldynamikmodell erklärt hauptsächlich den Entstehungs- und Erhaltungsmechanismus der großen Diskordanz in mehreren wichtigen Bereichen.

Der interessanteste Aspekt dieser Entdeckung ist, dass scheinbar verlorene Kapitel der Erdgeschichte möglicherweise nicht durch Zufall verloren gegangen sind. Ihr Verschwinden selbst dokumentiert lediglich die großräumigen Veränderungen, die im Erdinneren stattgefunden haben. Durch die Untersuchung dieser fehlenden Gesteinsschichten können Wissenschaftler möglicherweise die Bewegungen tief im Inneren der Erde vor Hunderten von Millionen Jahren weiter rekonstruieren und erfahren, wie alte Kontinente im Laufe der Zeit entstanden, fielen und sich neu formierten.