Ausgerechnet – Warum sich mitten in Afrika eine ganze Region dreht

Das Olorgesailie-Becken im Kenia-Grabenbruch, Teil des östlichen Zweigs des ostafrikanischen Grabensystems. Im Hintergrund die hohe Topographie der Randverwerfungen des Rifts. | Foto: Corinna Kalich, Universität Potsdam
Wolken, die sich im Magadi-See in Kenia spiegeln, der sich im östlichen Zweig des ostafrikanischen Grabensystems befindet. Im Hintergrund die hoch aufragenden Flanken der Grenzverwerfungen des Grabens. | Foto: Corinna Kalich, Universität Potsdam
Quelle: Corinna Kalich, Universität Potsdam
Das Olorgesailie-Becken im Kenia-Grabenbruch, Teil des östlichen Zweigs des ostafrikanischen Grabensystems. Im Hintergrund die hohe Topographie der Randverwerfungen des Rifts.
Quelle: Corinna Kalich, Universität Potsdam
Wolken, die sich im Magadi-See in Kenia spiegeln, der sich im östlichen Zweig des ostafrikanischen Grabensystems befindet. Im Hintergrund die hoch aufragenden Flanken der Grenzverwerfungen des Grabens.

Mithilfe von Computermodellen ist es erstmals gelungen, das ungewöhnliche Verhalten einer tektonischen Platte zu erklären. Die Victoria-Platte in Ostafrika, auf der sich unter anderem der gleichnamige Victoria-See befindet, dreht sich im Verhältnis zu den benachbarten tektonischen Einheiten gegen den Uhrzeigersinn. Ein Team von Geowissenschaftlerinnen und Geowissenschaftlern aus Potsdam hat nun in einem Computermodell die tektonischen Deformationsprozesse der Region simuliert.

Das Ostafrikanische Grabensystem (engl. East African Rift System, EARS) ist eine sich neu bildende tektonische Plattengrenze, an der der afrikanische Kontinent in mehrere Platten aufgeteilt wird. Dieser „Riss“ in der Erdkruste kann durch seine Vulkanketten und häufig auftretende Nord-Süd-ausgerichtete Seen in der Grabenzone sogar aus dem Weltall gesehen werden. Diese Region erstreckt sich über mehrere Tausend Kilometer vom Golf von Aden bis nach Mosambik. Es handelt sich jedoch dabei nicht um einen einfachen glatten Bruch. Das System umfasst vielmehr ein komplexes System aus zahlreichen Spalten und Störungszonen, die den Graben begrenzen. Zudem haben sich entlang des EARS mehrere kleinere sogenannte Mikroplatten gebildet. Messungen mit hochauflösenden GPS-Stationen haben gezeigt, dass sich eine dieser Mikroplatten, die Victoria-Platte, im Gegensatz zu den anderen beteiligten Platten gegen den Uhrzeigersinn relativ zu Afrika dreht.

Frühere Hypothesen haben nahegelegt, dass diese Drehbewegung durch die Wechselwirkung eines Manteldiapirs – ein nach oben gerichteter Strom von heißem Gestein im Erdmantel – mit dem mächtigen Kraton, dem geologisch sehr alten Kernbereich der Mikroplatte und dem Riftsystem, angetrieben wird. Nun aber haben Forschende des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ und der Universität Potsdam rund um Anne Glerum und Sascha Brune Hinweise gefunden, die darauf hindeuten, dass vorwiegend die Konfiguration von schwächeren und stärkeren lithosphärischen Regionen die Drehung der kontinentalen Mikroplatten und insbesondere von Victoria steuert. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

Professor Manfred Strecker, Experte für tektonische Prozesse in Ostafrika und Professor für Allgemeine Geologie an der Universität Potsdam, hat an dieser Studie mitgewirkt. Seine Expertise hinsichtlich junger tektonischer Ereignisse hat dazu beigetragen, dass entsprechende Parameter in den Computermodellen eingebunden und mit Geländebeobachtungen in Einklang gebracht werden konnten.

In der Veröffentlichung argumentieren die Geowissenschaftler, dass die entlang des EARS vorzufindende Konfiguration von mechanisch schwächeren und stärkeren geologischen Einheiten zu gekrümmten, überlappenden Riftzweigen führt. Dies kann unter der Dehnungsbewegung der großen tektonischen Platten eine Drehbewegung auslösen. Glerum und ihr Team haben nun numerische 3D-Modelle über den Gesamtumfang des EARS erstellt, um die Lithosphäre und die Dynamik des oberen Mantels der letzten zehn Millionen Jahre zu berechnen.

„Solche großen Modelle laufen auf Hochleistungs-Computerclustern“, sagt Anne Glerum, Hauptautorin der Studie. „Wir haben die Vorhersagekraft unserer Modelle getestet, indem wir ihre Geschwindigkeitsvorhersagen mit GPS-Daten und unsere Vorhersagen zum tektonischen Spannungsfeld in Afrika mit der Weltspannungskarte verglichen haben, einer globalen Zusammenstellung von Informationen über das heutige Krustenspannungsfeld, die seit 1986 immer weiter aktualisiert wird. Dabei zeigte sich, dass die beste Übereinstimmung mit einem Modell erzielt wurde, das die Festigkeitsverteilungen erster Ordnung der Lithosphäre der EARS so enthielt, wie das auch bei dem von uns erstellten Modell der Fall war.“

Es gibt viele weitere kontinentale Mikroplatten und Fragmente auf der Erde, von denen man annimmt, dass sie sich drehen oder sich gedreht haben. Der in der neuen Studie vorgeschlagene lithosphärengetriebene Mechanismus der Mikroplattenrotation hilft, diese beobachteten Drehungen zu interpretieren und die tektonischen Bewegungen der Platten im Laufe der Erdgeschichte zu rekonstruieren. Weiterhin hilft die neue Studie, Vorhersagen für die Ausbreitung junger Bruchsysteme durchzuführen – eine unabdingbare Voraussetzung für die korrekte Bewertung und mögliche Nutzung geothermischer Energieressourcen in Ostafrika.

Originalstudie:
Glerum, A., Brune, S., Stamps, D. S., Strecker, M., 2020. Victoria continental microplate dynamics controlled by the lithospheric strength distribution of the East African Rift. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-020-16176-x

Weitere Informationen:
The World Stress Map Project – A Service for Science and Earth System Management
http://www.world-stress-map.org/

Kontakt:
Dr. Anne Glerum, Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Sektion „Geodynamische Modellierung“
Tel.: 0331 288-28766, E-Mail: anne.glerumgfz-potsdamde

Prof. Manfred Strecker, PhD, Professor für Allgemeine Geologie
Tel.: 0331 977-5811, E-Mail: streckergeo.uni-potsdamde