Jenseits aller Wege

Geologen aus Santiago de Chile und Bochum erforschen die Erdkruste in der Antarktis

Mit Hilfe der Spaltspurenanalyse ermittelt der Geologe Dr. Manfred Brix Daten zur Abkühlungsgeschichte von Gesteinen im nicht ganz ewigen Eis. Bestenfalls kann er Rückschlüsse auf 200 Mio. Jahre alte Ereignisse ziehen, als Teile der Antarktis noch mit den Anden verbunden waren.

Spanische Wortfetzen fliegen durch den eisigen Wind, der vom nahen Gletscher herunter pfeift. Der Vorschlaghammer kracht auf einen Felsen; außer ein paar Splittern keine Wirkung. Weitere, nicht gesellschaftsfähige Ausdrücke entweichen zwei vermummten Gestalten. Die Schreie von drei aus ihrer weithin stinkenden Kolonie herbei gewatschelten Pinguinen wirken wie hämisches Gelächter. Dieser Ablauf mag sich vielleicht eine halbe Stunde in ähnlicher Form wiederholen; immerhin wird nach und nach ein frischer Block aus dem Gestein gelöst.
So oder ähnlich ist es oft abgelaufen, als zu Jahresbeginn zum dritten Mal Geologen aus Santiago de Chile und Bochum gemeinsam unterwegs waren. Das vom Chilenischen Antarktisinstitut (INACH) geförderte Projekt führte sie auf die Antarktische Halbinsel und die vorgelagerten Süd-Shetland-Inseln: in eine Gegend ohne ausgetretene Wege, aber mit vielen logistischen Herausforderungen und Überraschungen.

Parallel zu den Anden

Die Geologen fahren zunächst auf Versorgungsschiffen der chilenischen Marine. An Land kommen sie per Schlauchboot, gelegentlich per Hubschrauber. Die Voraussetzungen für Geländearbeiten sind auf den ersten Blick günstig. Durch das Abtauen der Gletscher sind heute Flächen frei gelegt, die der englische Antarktisdienst in den 60er-Jahren noch nicht untersuchen konnte.
Allerdings sorgen Abbrüche an den Gletscherfronten und im Schelfeis für jede Menge Treibeis. Selbst Eisbrecher kommen nicht mehr durch, das Anlanden per Schlauchboot wird unmöglich. Hinzu kommen weitere Risiken: Das Gelände ist kaum begehbar, die Geologen können das Wetter allenfalls für ein paar Stunden abschätzen, sie haben kaum Verpflegung, werden häufig krank und müssen sich regelmäßig mit technischen Problemen an Motoren, Funk, Kameras etc. herumschlagen. Das heißt: Wer sich hierher begibt, muss sich gründlich vorbereiten und sich vor Ort umsichtig verhalten.
Durch die Analyse ihrer Proben möchten die Geologen die Entwicklung der Erdkruste im Bereich der Antarktischen Halbinsel in den letzten 200 Mio. Jahren rekonstruieren. Das Projekt schließt an andere deutsch-chilenische Untersuchungen an. Prof. Bernhard Stöckhert (Endogene Geologie der Ruhr-Uni) und Prof. Francisco Hervé (Universidad de Chile) haben in den südlichen Anden die Reaktion der Südamerikanischen Platte auf die Kollision mit einem aktiven ozeanischen Spreizungsrücken analysiert.
Mittlerweile liegen die ersten Daten vor: Sie zeigen u.a. die unterschiedliche Heraushebung von Krustenblöcken entlang einer über 1.000 km langen, parallel zu den Anden verlaufenden Seitenverschiebung. Bemerkenswert sind auch eine vom normalen Muster abweichende Verteilung von Vulkanen und tiefer in der Erdkruste erstarrten Gesteinskörpern. Diese Erkenntnisse werden mit den Verhältnissen auf der Antarktischen Halbinsel verglichen. Diese dürfte früher mit den Südanden zusammengehangen haben.

Ohne Vorschlaghammer

Die Kruste westlich der Antarktis ist durch eine plattentektonische Konfiguration gekennzeichnet, die an keiner anderen Stelle der Welt zugänglich ist. Hier versuchen die Wissenschaftler die schrittweise Stilllegung einzelner Abschnitte einer Subduktionszone (Bereich der Erdkruste, in dem eine Platte unter eine andere abtaucht) in der Oberplatte nachzuvollziehen. Sie möchten die Schritte datieren und die Verhältnisse zum Zeitpunkt der Abtrennung der heutigen Äste eines früher zusammenhängenden Gebirges präzisieren.
Neben strukturgeologischen Untersuchungen setzen die Geologen hauptsächlich die Spaltspurenanalyse ein. Sie liefert wesentliche Informationen zur Abkühlungsgeschichte der Gebirgsteile. In Nordrhein-Westfalen wird diese Methode nur an der Ruhr-Uni durch Dr. Manfred Brix und Frank Hansen betrieben. Im Gegensatz zum groben Vorschlaghammer, der bei der Probennahme eingesetzt wird, sind die Studienobjekte der Spaltspurenanalyse nur wenige Mikrometer lang. Es handelt sich um Schäden in den Gittern von Kristallen. Brix und Hansen machen diese Schwächezonen durch Ätzen sichtbar und werten sie unter einem hoch vergrößernden optischen Mikroskop aus.
Da die Schäden durch spontane Spaltung von Urankernen hervorgerufen werden, können die Geologen letztlich das „Alter“ der Schäden bestimmen. Zudem ist die Länge der Spaltspuren von der thermischen Geschichte des Gesteins abhängig. Mit Hilfe von computergestützten Modellierungen können die Wissenschaftler – ausgehend von einem bestimmten Alter und der Längenverteilung der Spaltspuren – die thermische Geschichte eines Gesteins recht genau nachvollziehen. Die darin erkennbare Abkühlung wiederum spiegelt die Heraushebung der entsprechenden Gebirgsteile wieder.
Ausgewertet wird in Bochum, zuständig sind meist chilenische Doktoranden. Der erste von ihnen hat seine Promotion 2004 erfolgreich abgeschlossen. Zurzeit ist, mit Unterstützung des Deutschen Akademischen Austauschdienstes, der zweite Doktorand in Bochum. Langfristig möchten die Ruhr-Uni und die Universidad de Chile ein (erstes eigenes) Spaltspurenlabor in Santiago errichten.