Gondwanas Erbe

In ihrer aktuellen Studie widmeten sich die Forscher der vertikalen Bewegung der Kratone, die letztlich die Bildung der Hochebenen zur Folge hat. Dies ist einer der am wenigsten verstandenen Aspekte der Plattentektonik. Und wieder werden die Strömungen an der Plattenunterseite als die entscheidende Ursache betrachtet: „Es sind dieselben Strömungen, die auch den Diamanten-Vulkanismus ermöglichen“, erklärt Sascha Brune, der die Sektion Geodynamische Modellierung am Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ) leitet. Dadurch wird an der Unterseite viel Gestein gleichsam abgehobelt, und das über Dutzende von Kilometern. Kühlere und schwere Gesteinsmassen sinken dabei in den tieferen Erdmantel ab. Zur Hebung kommt es, wenn die Platte durch den Massenverlust leichter wird. „Ähnlich wie ein Heißluftballon Gewicht verliert, um höher zu steigen, führt dieser Materialverlust dazu, dass die Kontinente aufsteigen.“

Erosionswelle in Zeitlupe

Bereits zu Beginn der Riftbildung, bei der die Kontinentalplatte gedehnt und solange dünner wird, bis sie schließlich auseinanderbricht, formen sich Steilkanten wie die Große Randstufe. Auch dies wurde am GFZ mit speziellen Modellierungen ermittelt. „Unsere Landschaftsentwicklungsmodelle zeigen, wie eine Abfolge von Ereignissen, die mit der Riftbildung zusammenhängt, sowohl zu einer Randstufe als auch zu stabilen und flachen Plateaus führen kann“, sagt Jean Braun. Er forscht ebenfalls am GFZ und entwickelt dort mit seiner Gruppe Computermodelle, um Veränderungen der Erdoberfläche zu simulieren. Untersucht werden die Erosion durch Flüsse oder Gletscher in Hochgebirgen und die Gesteinsverwitterung in den inneren Ebenen des Kontinents.

Die GFZ-Forscher ermittelten auch die Folgen der Hebung für die Landschaft im südlichen Afrika. In Zeitschritten von fünf Millionen Jahren berechneten sie, wie synchron zur Welle im Untergrund eine „Erosionswelle“ über die Oberfläche läuft. Und wie beim unterirdischen Geschehen kommt auch diese Welle nur extrem langsam voran; der Prozess währte viele Millionen Jahre.

Den Rechnungen zufolge wird die Umgebung der Randstufe am meisten abgetragen. Nach 50 Millionen Jahren sind es mehr als drei Kilometer. Die intensive Erosion ist eine Folge der Hebung, die im Gelände Steigungen und Höhenunterschiede erzeugt. Denn diese ermöglichen es den Flussläufen, viel Material abzutragen: „Im Verlauf von Dutzenden Millionen Jahren ändern Flüsse immer wieder ihren Lauf. Sie spülen Stein und Geröll in die alten Flussdeltas an den Küsten“, erläutert Sascha Brune. Beträchtliche Mengen davon befinden sich heute als Sedimente in den umliegenden Meeren. Dies bestätigt auch eine Studie, die ein Team um die US-amerikanische Geologin Jessica Stanley von der University of Idaho in Moscow bereits 2021 veröffentlicht hatte.

Auf dem Festland fehlte dann das Gewicht des erodierten Materials, was die Plateauhebung noch weiter verstärkte. Mehrere Kilometer dicke Felsschichten wurden durch die Erosion abgetragen, meint Braun. Trotzdem setzte sich im Zusammenspiel zwischen Abtragung und Anhebung letztere durch, wie die Modellrechnungen zeigen.

Offenbar sind die Kratone deutlich dynamischer als bislang angenommen. Ausgelöst durch die Riftbildung und angetrieben von einer Kettenreaktion im Erdmantel, werden auch die oberirdischen Landschaften geformt.

Selbst Dutzende Jahrmillionen nach dem Ende der Riftbildung dauern diese Prozesse noch an. Und weil die Erosion die chemische Verwitterung der Gesteine stark beeinflusst, vermutet Tom Gernon einen weiteren Zusammenhang: „Als die Kerne der Kontinente destabilisiert wurden, muss sich dies auch auf das damalige Klima ausgewirkt haben.“