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Tektonische Fernkräfte könnten den Golf von Kalifornien schneller geöffnet haben
Zugkräfte über einen ganzen Ozean: Die rasche Entstehung des Golfs von Kalifornien könnte auch durch Vorgänge vor Ostasien beschleunigt worden sein. In dreidimensionalen Modellen erhöht eine doppelte Subduktionszone die Dehnungsspannung an der nordamerikanischen Pazifikküste. Das könnte eine dort bereits geschwächte Erdkruste vor Millionen Jahren schneller auseinandergezogen haben als bislang erklärt.
Austin (U.S.A.). Zwischen der mexikanischen Halbinsel Baja California und dem Festland liegt ein geologisch junger Meeresarm, dessen Entstehung eng mit der Verschiebung zweier Erdplatten verbunden ist. Vor rund zwölf Millionen Jahren begann sich die heutige Plattengrenze herauszubilden, vor etwa sechs Millionen Jahren entstand bereits neue ozeanische Kruste.
Anderswo benötigen Kontinentalbrüche bis zum Beginn der Meeresbodenspreizung oft 30 bis 80 Millionen Jahre oder länger. Am Golf von Kalifornien dauerte dieser Übergang dagegen je nach angesetztem Beginn nur ungefähr 6,5 bis 13 Millionen Jahre. Die bereits geschwächte Erdkruste und die schräg gegeneinander bewegten Platten erklären dieses ungewöhnliche Tempo bisher nicht vollständig.
Forscher des Institute of Geophysics of the Czech Academy of Sciences (IG CAS) um Guido M. Gianni haben deshalb einen möglichen zusätzlichen Antrieb untersucht. Ihr Ausgangspunkt ist eine tektonische Umstellung vor Ostasien: Vor rund zehn Millionen Jahren entstand dort ein gekoppeltes System aus zwei Subduktionszonen. Dabei tauchen schwere Teile ozeanischer Erdplatten unter andere Platten ab und ziehen an der umgebenden Lithosphäre.
Mit globalen dreidimensionalen Simulationen verglich das Team die Kräfte bei einfacher und doppelter Subduktion. Dazu nutzte es die Modellsoftware ASPECT und Informationen über die Strukturen abgetauchter Platten, den Erdmantel und die Grenzen tektonischer Platten. Auch mehr als 9.000 Kilometer entfernt, nahe Baja California, ergab sich ein deutliches zusätzliches Dehnungssignal.
„Überrascht hat uns, wie deutlich die Zunahme der Spannung nahe Baja California auftrat, so weit von den Subduktionszonen im Westpazifik entfernt. An anderen Orten zeigen sich keine offensichtlichen Spannungsänderungen, nur bei Baja“, erklärt Xiang He vom University of Texas Institute for Geophysics (UTIG).
In der Modellrechnung verstärkt die doppelte Subduktion die Zugspannungen am Golf um ungefähr fünf bis zehn Megapascal, stellenweise um mehr als zehn Megapascal. Die Fernwirkung reicht dabei auch bis in den südlichen Bereich der San-Andreas-Verwerfung und den Salton-Graben. Nicht allein die Stärke des Zugs zählt, sondern vor allem, auf welches Gestein er trifft.
Denn frühere Dehnung und magmatische Aktivität hatten die kontinentale Kruste am Westrand Nordamerikas bereits ausgedünnt. Der zusätzliche Zug aus dem Westpazifik könnte deshalb ausgereicht haben, die Dehnung stärker auf einzelne Bruchzonen zu konzentrieren. Zeitlich passt dies zur besonders intensiven Rissbildung vor ungefähr acht bis drei Millionen Jahren.
„Es zeigt sich, dass sich die nachfolgende Platte bei zwei ziehenden, abtauchenden Plattenteilen nicht doppelt, sondern ungefähr 1,7-mal so schnell bewegt“, erläutert Prof. Thorsten W. Becker, ebenfalls vom UTIG.
Allerdings bilden die Rechnungen die damalige Öffnung des Golfs nicht Schritt für Schritt nach. Vielmehr vergleichen sie die Spannungsfelder unterschiedlicher Plattenanordnungen, wobei die heutige Geometrie als wesentliche Modellgrundlage dient. Die Simulationen belegen damit die physikalische Möglichkeit eines solchen Fernzugs, aber keine alleinige Ursache der Entstehung des Meeresarms.