Geologie Ostantarktikas

Die Geologie Ostantarktikas kann bis ins Archaikum zurückverfolgt werden. mini|x150px|Karte Antarktikas mit dem Südlichen Ozean und Schelfeis-Gebieten mini|x150px|Satellitenaufnahme vom Antarktischen Eisschild

Ab diesem Äon entwickelte sich das Grundgebirge, dessen Kratone bzw. kratonisierte Krustenblöcke zeitlich bis Paläoproterozoikum weiterreichen. Ostantarktika nahm eine Zentralposition während der Formierung und dem Zerfall von verschiedenen Kontinenten und Superkontinenten ein, vermutlich beginnend mit dem hypothetischen ersten Superkontinent Ur. Verlässlichere Nachweise sind seit Rodinia und Gondwana, insbesondere Ostgondwana vorhanden. In letzteren hatte Ostantarktika tektonischen Kontakt mit Groß-Indien (Indischer Subkontinent, Madagaskar, Seychellen, Sri Lanka), Teilen von Australien und Afrika, wodurch sich am Kontinentalrand zwischen dem Mesoproterozoikum und dem Paläozoikum mehrere gebirgsbildende Prozesse ereigneten. Diese erzeugten orogene Gürtel. Die letzte große Gebirgsbildung fand zwischen dem ausgehenden Mesozoikum und dem Paläogen statt. Auf dem Grundgebirge und den orogenen Gürteln lagerte sich regional ein paläozoisches bis mesozoisches Deckgebirge ab.

Nach der Separierung des Teilkontinents Ostantarktikas im Mesozoikum ist dieser umgeben einerseits vom heutigen Südlichen Ozean mit seinen Nebenmeeren und andererseits vom Transantarktischen Gebirge. Dieses bildet die geologische Grenze zu Westantarktika. Zusammen mit Ostantarktika formen sie den Kontinent Antarktika. Seit dem mittleren Eozän ist Ostantarktika bzw. ganz Antarktika größtenteils vom antarktischen Eisschild bedeckt. Nur kleinere Aufschlüsse ragen am Kontinentalrand aus der Eisbedeckung hervor und können direkt untersucht werden. Die übrigen subglazialen Bereiche wurden/werden mittels Fernerkundung erforscht.

Hinweis: Die Bezeichnungen für die hier aufgeführten Kontinente sowie anderen geologische Einheiten und Strukturen beziehen sich, soweit nicht anders vermerkt, nicht auf die heutigen geologischen Ausprägungen und paläogeographischen Anordnungen, sondern auf die vermerkten Zeiträume. Diese Proto-Kontinentalmassen unterlagen späteren Veränderungen bis zum derzeitigen geologischen Aufbau und der geographischen Situation. Gleiches gilt für Ozeane und Meere.

Erdgeschichtlicher Rahmen

Die erdgeschichtliche geodynamische Entwicklung Antarktikas lässt sich zurückverfolgen bis in Bildungsphasen der hypothetischen Superkontinente Ur (vermutlich ab ca. 3000 mya), Columbia (vermutlich von ca. 1800 mya bis 1600 mya) und Nena (vermutlich von ca. 1750 bis 1265 mya), in denen bereits Kontinentalmassen von Ostantarktika vorhanden waren. Nach dem Zerfall Columbias bildete sich Rodinia (von ca. 1100 bis 900 mya). Während dieser Phase vereinigten sich Landmassen von Ostantarktika, Australien und Groß-Indien (siehe auch → Ostgondwana). Mit dem Auseinanderbrechen Rodinias formte sich der nächste Superkontinent Pannotia (von ca. 630 bis 530 mya) mit dem Großkontinent Gondwana als dessen bedeutendste kontinentale Masse. Dieser wurde wiederum Bestandteil Pangaeas. Während des Zerfalls Pangaea und Gondwana separierte sich Antarktika von den vormals mit ihm verbundenen Lithosphärenplatten und wurde ein eigenständiger Kontinent (siehe → Separierung Antarktikas).

mini|x150px|Paläogeographie von Ostgondwana mit Ostantarktika, Groß-Indien und Australien

Die Abkürzungen bedeuten AFB=Albany-Fraser-Orogen (Australien); BH=Bunger Hills (Ostantarktika); DG=Denman-Gletscher (Ostantarktika); DMS=Dronning Maud-Sutur (Ostantarktika); EG=Eastern Ghats (Ostghats) (Indien); HC=Highland-Komplex (Sri Lanka); LG=Lambert Graben (Ostantarktika); LHB=Lützow-Holm-Gürtel (Ostantarktika); MP=Königin-Maud-Land (Ostantarktika); NC=Napier-Komplex (Napier Mountains) (Ostantarktika); nPCSM=Nördliche Prince Charles Mountains (Ostantarktika); PBB=Prydz Bay-Gürtel (Prydz Bay) (Ostantarktika); SR=Shackleton Range (Ostantarktika); WC=Wanni-Komplex (Sri Lanka); WI=Windmill-Inseln (Ostantarktika)

Einige tektonische Einheiten unterlagen dabei der pan-afrikanischen Überprägung, wie z. B. während der Kuunga-Orogenese, die u. a. die Kontinente Ostantarktika, Australien sowie Groß-Indien zur paläogeographischen Konfiguration von Ostgondwana vereinte.

Tektonische Evolution

Formierung

Der Ursprung des antarktischen Kontinents lässt sich auf einen relativ kleinen spätarchäischen kratonischen Kern (Nukleus) zurückführen, dessen Zentrum sich in den Regionen des heutigen ostantarktischen Adélieland (Adélie Land) und Südaustralien erstreckte mit dem seinerzeit zusammenhängenden Terre Adélie-Kraton und Gawler-Kraton. Die Entwicklung verlief vom späten Archaikum bis zur Gegenwart dynamisch mit quasikontinuierlichem Wachstum infolge akkretionären oder kollisionsbedingten Ereignissen, die episodisch durch Perioden von Erdkrustenextensionen und Grabenbrüchen (Rifting) unterbrochen wurden. Die Evolution des Kontinents lässt sich in mehrere Hauptschritte unterteilen:

Der ursprüngliche Nukleus erfuhr zuerst am östlichen dann am westlichen Rand Krustenanlagerungen. Diese Ereignisse führten zur Eingliederung des antarktischen Nukleus in einen einzigen großen Kontinent, zu dem das gesamte proterozoische Australien (Nordaustralischer Kraton), der kryptische Curnamona-Beardmore-Mikrokraton und höchstwahrscheinlich auch Teile von Laurentia gehörten. Am östlichen Kratonrand bildeten sich die Nimrod- und die Kimban-Orogenese, am nördlichen und westlichen die Kararan-Orogenese (siehe auch → Mawson-Kraton). Diese Prozesse ereigneten sich vom späten Paläoproterozoikum bis zum mittleren Mesoproterozoikum. Erdgeschichtlich fallen sie in den Zeitraum des hypothetischen Superkontinents Columbia. Im frühen Mesoproterozoikum drehte sich der Nordaustralische Kraton entlang einer Subduktionszone nordwestlich des Mawson-Kratons mit Schließung des dazwischen liegenden Ozeans und Kollision der beiden Kratone. Dadurch bildete sich das Albany-Fraser-Orogen, das sich am heutigen Südrand des Yilgarn-Kratons in Western Australia (Westaustralien) bis zur Musgrave Region im zentralen Australien und im ostantarktischen Wilkesland erstreckt. Infolge Rifting wurde ein kontinentaler Krustenblock unbekannter Dimensionen vom westlichen Rand der gemeinsamen australischen und ostantarktischen Kontinentalmasse abgetrennt. Die östliche Grenze dieses Grabenbruchs bildet die Darling Fault (Darling-Verwerfung). Sie verläuft vom westlichsten Rand des heutigen Westaustraliens weiter am westlichen Rand des Mawson-Kratons und definiert die östlichen Begrenzung des Crohn-Kratons. Als Zeitraum für das Rifting wird das mittlere bis späte Mesoproterozoikum vermutet. Während des Zerfalls Gondwanas wurde die Riftzone reaktiviert, als sich Ostantarktika von Groß-Indien trennte. Die kurz darauffolgende Inversion dieser Bruchzone führte zur Kollision des östlichen Randes des Proto-Indischen Subkontinents bzw. Groß-Indien mit dem Crohn-Kraton. Das Pinjarra Orogen entwickelte sich entlang der Darling Fault. Es ist heute nur am Rand Westaustraliens mit einer Länge von 1000 Kilometern (km) aufgeschlossen. Mittels verschiedener geophysikalischer Methoden konnte ein Verlauf in Ostantarktika bis nahe dem Wostoksee rekonstruiert werden. Die Orogenese erfolgte zwischen 1090 und 1020 mya während der Formierungsphase des Superkontinents Rodinias. Von 650 bis 520 mya wurde der Gebirgszug im Rahmen der Gondwana-Bildung erneut tektono-thermisch beeinflusst. Zwischen dem späten Mesoproterozoikum und dem Cryogenium herrschte weitgehend tektonische Ruhe. Im Ediacarium begann die Abspaltung Laurentias und die Mehrheit des Curnamona-Beardsmore-Kratons von der ostantarktisch-australischen Kontinentalmasse. Dadurch öffnete sich der Panthalassa, auch Paläo-Pazifik genannt. Im Nordaustralischen Kraton ereigneten sich weiträumige Extensionen mit Intrusionen von Magmatiten sowie Sedimentationen in ausgedehnten epikontinentalen Sedimentbecken. In Ostantarktika entwickelten sich ebenfalls umfangreiche Sedimentationsbereiche im südlichen Viktorialand sowie im Bereich des heutigen mittleren Transantarktischen Gebirges. Die Abspaltung Laurentias war begleitet von Konvergenzen am gegenüberliegenden ostantarktischen Rand. Während einer Reihe ediacarischer und kambrischer Ereignisse wurde Krustenmaterial mit indischen und afrikanischen Affinitäten entlang des heutigen Westrandes Ostantarktika angegliedert, der durch den Crohn-Kraton gebildet wurde. An diesem bildeten sich mehrere Kollisionsorogene aus. Auf indischer Seite waren die Ostghats, auf afrikanischer Seite der Kaapvaal-Kraton betroffen, (siehe auch → Zusammenschluss Proto-Indien, Proto-Ostantarktis und Proto-Australien). Dies steht im Zusammenhang mit der Bildung Ostgondwanas und der Kollision Ostgondwanas mit Westgondwana infolge der Kuunga-Orogenese im Rahmen der Formierung Gondwanas. Die Formierung Gondwanas bedeutete eine Verschiebung der Subduktionszonen zwischen den beteiligten Kontinentalmassen an den ursprünglichen östlichen passiven Rand Gondwanas. Der Panthalassa begann unter diesen Rand zu subduzieren. Dadurch bildeten sich die akkretionären Terra Australis- und Gondwanide- Orogenesen aus. Die erstere Orogenese ereignete sich in einem Zeitraum vom unteren Kambrium bis zum mittleren Karbon. Ihr folgte die zweite Orgonenese zwischen dem mittleren Karbon und der mittleren Kreide. Sie fügten riesige Sequenzen von Gondwana-Sedimenten sowie Fragmente älterer und allochthonen (ortsfremden) oder para-allochthonen kontinentaler Krusten an den nun aktiven Paläo-Pazifikrand Gondwanas. Dieser erstreckte sich vom Nordaustralischen Kraton bis nach Südamerika. Während der Terra Australis-Orogenese bildete sich u. a. das Ross-Orogen aus. Sie stehen im Zusammenhang mit dem Zerfall von Rodinia und der Bildung Gondwanas, insbesondere Ostgondwanas.

Separierung

Schon während der Existenz Pangaeas setzte der Zerfall Gondwanas in mehreren Phasen zwischen seinen Kontinentmassen ein. Die Separierung Antarktika von den ursprünglich mit ihm verbundenen Kontinenten erfolgte während einer tektonisch instabilen Phase. Es bildeten sich zuerst intrakontinentale Grabenbrüche, gefolgt von Ozeanbodenspreizungen, die zur Trennung dieser Landmassen und Formierung neuer Lithosphärenplatten führte.

Das anfängliche Auseinanderbrechen Gondwanas betraf anfänglich nur zwei Kontinentalplatten: Afrika mit Südamerika (Westgondwana) bewegte sich nordwärts und entfernte sich vom noch zusammenhängenden Ostantarktika, Groß-Indien und Australien (Ostgondwana). Zwischen letzteren bildete sich eine Triple Junction. Dieses Zwei-Platten-System war nicht langlebig, und in der frühen Kreide bewegte sich Groß-Indien mit Australien relativ zu Antarktika. Ursache war die Drehung Groß-Indiens gegen den Uhrzeigersinn und die entgegengesetzte Drehung Australiens im Uhrzeigersinn weg von Antarktika.

mini|x120px|Südlicher Ozean mit seinen Randmeeren, wie der Riiser-Larsen-See

Die Spreizungssysteme im Weddellmeer und in der Riiser-Larsen-See bilden eine Transformstörung (Transform fault) mit einer orthogonalen Bewegung Afrikas relativ zu Antarktika und einer Blattverschiebung (Strike-slip fault) relativ zu Madagaskar und Indien. Verbunden sind sie durch die quer verlaufende Davie Fracture Zone. An ihnen vollzog sich letztlich die Trennung Ostgondwanas von Westgondwanas.

Loslösung von Afrika

Die Separierung Antarktikas begann in einer Spreizungszone in Form einer Triple Junction, der Weddell-Triple Junction im Bereich des heutigen Weddellmeeres. Ursächlich war möglicherweise ein aufsteigender Mantel-Plume, der das Zentrum der Karoo-Ferrar-Magmaprovinzen bildete. Dessen riesige Magmamengen ergossen sich im Zeitraum von 204 bis 175 mya auf benachbarte Bereiche Afrikas, Südamerikas und Antarktikas. Frühes ostwestliches Rifting setzte um 165 mya ein. Ozeanbodenspreizung erfolgte ab 147 mya.