Zukunft Forschung 02/2023

GEOLOGIE
nach wie vor weiter nach Norden. Das
Südalpin, ein bisher kaum an der Gebirgsbildung
beteiligter und deshalb steifer Teil
der Adriatischen Platte, drückt sich dabei
in die relativ weichen nördlichen Alpen.
Vor allem der östliche Teil des Südalpins,
die Dolomiten, übernehmen die Rolle des
Indenters, des „Eindrückers“.
Um diesen jüngsten Teil der Alpengeschichte
zu erforschen, wendet Pomellas
Arbeitsgruppe eine Kombination aus verschiedenen
Methoden an. An erster Stelle
steht, wie in der Geologie üblich, die
Auf Spaltspuren
Die gesammelten Proben werden in aufwendigen
Schritten im Labor aufbereitet,
um darin eingeschlossene Kristalle zu
gewinnen. Vor allem die Kristalle Zirkon
und Apatit sind für die Spaltspurmethode
interessant, an der der Dissertant Thomas
Klotz arbeitet.
Wie in vielen natürlichen Kristallen
ist in Zirkon und Apatit Uran enthalten.
Dieses zerfällt im Laufe der Zeit und bildet
Alphateilchen, die mit hoher Energie
durch den Kristall schießen. Dadurch
wird der Kristall beschädigt und es entsteht
ein winziger Riss, eine sogenannte
Spaltspur. Wenn der Kristall entsprechend
aufbereitet wurde, können diese Risse
unter dem Mikroskop beobachtet und gezählt
werden. Dadurch lässt sich ableiten,
wie viele Uranatome im Kristall seit seiner
Schließtemperatur bereits zerfallen sind.
„Ab einer gewissen Temperatur gilt ein
Kristall als geschlossen. Das heißt, dass
seine Struktur dann fest und der Kristall
nicht mehr in der Lage ist, die Spaltspuren
zu verheilen“, erklärt Pomella. „Mit der
Methode lässt sich bestimmen, vor wie
viel Zeit er seine Schließtemperatur unterschritten
hat. Bei Zirkon liegt diese bei
ungefähr 200 °C, bei Apatit sind es 100 °C.
Anhand einer weiteren Methode messen
wir, wie Helium aus Apatit-Kristallen diffundiert.
Hier liegt die Schließtemperatur
bei 60 °C.“
Durch diese drei Temperaturen lässt
sich nachverfolgen, in welcher Tiefe sich
der jeweilige Kristall zu einer bestimmten
Zeit in der Erdkruste befand – dank
des geothermischen Gradienten. Unter
der Erdoberfläche nimmt die Temperatur
konstant zu, ungefähr 30 °C pro Kilometer.
Für eine im Gebirge gesammelte Gesteinsprobe,
die Zirkon und Apatit enthält, kann
also ein Pfad durch die Erdkruste bis an
die Oberfläche modelliert werden, da
nachverfolgt werden kann, wann die Umgebungstemperatur
200, 100 oder 60 °C
betragen hat. Werden Gesteinsproben von
beiden Seiten einer Verwerfungszone genommen,
also genau dort, wo sich Platten
oder Gesteinspakete übereinander schieben,
so lässt sich die Hebung von Gesteinen
im Verhältnis zueinander beobachten.
IM SPALTSPURLABOR werden die vorbereiteten Kristalle unter dem Mikroskop bei
1.000-facher Vergrößerung begutachtet und die Spaltspuren ausgewertet.
HANNAH POMELLAS wissenschaftlicher
Blick gilt den Alpen.
Exkursion ins Feld und die Suche nach
geeigneten Gesteinsproben in den Bergen.
Dabei geht es oftmals in eher unerforschtes
und abgelegenes Gelände, denn
es wurde lange davon ausgegangen, dass
eine Untersuchung der internen Verformung
des Dolomiten-Indenters nicht viel
zum Verständnis der Alpenbildung beitragen
kann.
Modelle zusammenschieben
Zu den gewonnenen Abkühldaten kommen
Analogmodelle wie der bereits erwähnte
Sandkasten hinzu, an dem die
Dissertantin Anna-Katharina Sieberer arbeitet.
Bei den analogen Experimenten mit
Sand und Silikon stellen verschieden farbige
Sandlagen verschiedene Gesteine der
Erdkruste dar, die, penibel auf den Labormaßstab
skaliert, im offenen Kasten verteilt
werden. Die Verformung der Schichten
modellieren die Forscher:innen durch
mehrere Phasen des Auseinanderziehens
und Zusammenschiebens in unterschiedliche
Richtungen und vergleichen diese
mit tatsächlich in den Alpen beobachteten
tektonischen Prozessen. Daraus können sie
ableiten, wie das Zusammenschieben der
Platten zeitlich und räumlich verlaufen
sein könnte. „Diese zwei Methoden werden
kombiniert“, sagt Pomella. „Was wir
im analogen Experiment modelliert haben,
können wir gemeinsam mit den Abkühldaten
auf die Natur übertragen. Warum,
wo und in welche Richtung sich ein Stein
hebt, das beantworten die Analogmodelle
und die Arbeit im Gelände. Wann, in welcher
Höhe und in welcher Reihenfolge das
geschieht, schließen wir aus unseren Abkühldaten.
Aus den verschiedenen Abkühlpfaden
und den Analogmodellen eine
geologische Geschichte auszulesen – an
dieser Aufgabe sitzen wir gerade. Und sie
erfordert ordentlich Hirnschmalz.“ fo
zukunft forschung 02/23 31