Thermochronologen erkennen anhand der Struktur von Gesteinen, wann und über welchen Zeitraum diese abgekühlt sind. Aus diesen Informationen können sie zum Beispiel rekonstruieren, wie schnell ehemals auf den untersuchten Gesteinen aufliegende Schichten abgetragen wurden. Vom 30. Juli bis zum 4. August treffen sich 90 dieser speziellen Geologen aus 18 Ländern in Bremen, um neueste Erkenntnisse auszutauschen.
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Je tiefer man in die Erde kommt, umso heißer wird es. Diesen Umstand machen sich Thermochronologen, abgeleitet von thermos = Wärme und chronos = Zeit, zu nutze. So nimmt die Temperatur pro Kilometer Tiefe um etwa 25 bis 30 Grad Celsius zu. Dies beeinflusst die Struktur der Minerale, aus denen die Gesteine aufgebaut sind. Denn Minerale bestehen auf der atomaren Ebene aus klar geordneten Gittern, den Kristallgittern. Diese sind bei höheren Temperaturen flexibel und können Störungen an ihrer Struktur leicht wieder ausbessern. Kühlen sie jedoch unter einen bestimmten Wert ab, der für jedes Mineral anders liegt, bleiben die Störungen erhalten oder werden nur teilweise ausgebessert.
Zerfall hinterlässt Spaltspuren
„Solche Störungen kommen zum Beispiel zu Stande, wenn 238Uran, das natürlicherweise überall vorkommt, zerfällt“, erklärt Frank Lisker, Geologe an der Universität Bremen und Mitorganisator der „European Conference on Thermochronology 2006“. „Der Zerfall hinterlässt so genannte Spaltspuren, die wie kleine Kratzer aussehen. Das Mineral Apatit speichert Spaltspuren, wenn es unter 110 Grad Celsius abkühlt. Doch erst wenn 60 Grad unterschritten werden, bleiben die Spaltspuren in ihrer vollen Länge erhalten.“ Denn erst dann werden die Kratzer nicht mehr durch die Flexibilität im Kristallgitter ausgebessert.
Dieser Umstand erlaubt es den Thermochronologen nicht nur festzustellen, wann der Apatit unter 110 Grad abgekühlt ist, sondern auch, wie lange es gedauert hat, bis er 60 Grad erreicht hat. So können sie im Gegensatz zu anderen Methoden nicht nur ein relatives Alter, sondern über radiometrische Untersuchungen ein absolutes Alter bestimmen, zum Beispiel 55 Millionen Jahre.
Wann und wie tief?
Mit dieser Methode kann man erkennen, wann sich ein Gestein in einer bestimmten Tiefe unter der Oberfläche befand. Wir erinnern uns: Pro Kilometer erhöht sich die Temperatur um 25 bis 30 Grad Celsius. In Apatit zeigen sich also von einer Tiefe von etwa vier Kilometern aufwärts die ersten Spaltspuren, ab einer Tiefe von etwa zwei Kilometern bleiben alle Spaltspuren in voller Länge erhalten. Liegt ein solches Gestein an der Oberfläche vor, kann man aus der Anzahl, die ein Maß für das Alter sind und dem Erhaltungsgrad der Spaltspuren darauf schließen, wie viel Gestein seit Beginn der Spurbildung im Apatit abgetragen wurde.
Denn das Gestein wird natürlich von einer Tiefe mit Temperaturen über 100°C nur an die Oberfläche transportiert, wenn eine überlagernde Gesteinsschicht durch Erosion oder tektonische Prozesse entfernt wurde. Allerdings können die Geologen erst durch die Datierung umfangreicher Proben ein vollständiges Bild der Abkühlungs- und damit der Erosionsgeschichte eines Gebietes erhalten und Rückschlüsse auf die zu Grunde liegenden tektonischen und geologischen Prozesse ziehen. Natürlich gilt dies nur an Stellen, an denen die Temperaturgeschichte des Gesteins nicht durch aufsteigende heiße Magma oder ähnliche Einflüsse verfälscht wurde.
Während der Thermochronologie-Tagung vom 30. Juli bis zum 4. August in Bremen beschäftigen sich die Teilnehmer mit Prozessen, wie sie bei der Entstehung von Faltengebirgen, wie den Alpen, den Anden oder des Himalaja beteiligt waren. Eine weitere Frage, zu deren Lösung die Thermochronologie beitragen kann sind die Prozesse rund um das Auseinanderbrechen Gondwanas und die anschließende Bildung von Kontinentalrändern, zum Beispiel am Rande Afrikas.
(Kirsten Achenbach, RCOM, 01.08.2006 – AHE)
