Geologie Spitzbergens

mini|Beschriftete Topographische Karte der Inselgruppe Spitzbergen

Die Geologie Spitzbergens bzw. der Inselgruppe Spitzbergen (Svalbard) hat eine ungewöhnlich abwechslungsreiche und komplizierte geologische Geschichte, die mit Laurentia und insbesondere mit Ost-Grönland im Zusammenhang steht. Sie waren mit Ost-Spitzbergen Bestandteile des Superkontinents Rodinia vor 900 Millionen Jahren. Nach dessen Zerfall vollzogen diese separierten Fragmente gemeinsam eine Kontinentaldrift, die im Präkambrium vor 550 Millionen Jahren in hohen südlichen Breiten nahe am Südpol begann und zur heutigen Position in hohe nördliche Breite führte.

Die geodynamische Entwicklung Spitzbergens kann in mehrere Phasen unterteilt werden: Zwischen dem späten Paläoproterozoikum und dem unteren Paläozoikum entstand das Grundgebirge mit bis zu 1750 Millionen Jahre altem Gestein und der Kaledonischen Orogenese vor 450 Millionen Jahren. Mächtige Sedimente lagerten sich während des Phanerozoikums, beginnend im Devon bis zum Tertiär, ab. In karbonischen bis tertiären Sümpfen entstanden periodisch Kohleflöze. Vor 40 Millionen Jahren hatte sich der Atlantik geöffnet, und Spitzbergen wurde von Grönland getrennt. Ab dem Quartär traten wiederholte Vergletscherungen auf. Sie hatten maßgeblichen Einfluss auf die Geographie und formten die heutige Geomorphologie. Ab dem Ordovizium fossilierten zahlreiche und diverse Fauna- und Flora-Lebewesen in sedimentären Ablagerungen.

Hinweis: Sofern nicht anders vermerkt, beziehen sich die hier aufgeführten Bezeichnungen für die paläogeographischen, geologischen, klimatischen und sonstigen Merkmale der Kontinente und Ozean auf die jeweils behandelten Zeiträume.

Erdgeschichtlicher Rahmen

In der Paläogeographie des Superkontinents Rodinia um 900 mya lag Spitzbergen im Bereich am östlichen Rand des archaischen Kontinents Laurentia. Dieser umfasste weite Bereiche des heutigen Nordamerikas einschließlich Grönlands. Er war auch bereits früher Bestandteil des hypothetischen Superkontinents Columbia. In der Paläogeographie Columbias um 1590 mya lagen Laurentia und Grönland in mittleren bis hohen nördlichen geographischen Breiten, während sich in der Rodinia-Konstellation die beiden kontinentalen Landmassen mit Ost-Spitzbergen um den Äquator gruppierten.

Zwischen dem ausgehenden Neoproterozoikum und dem späten Ordovizium, von 550 bis 444 mya, lagen der neoproterozoische Kontinent Baltica und der Kleinkontinent Avalonia getrennt von Laurentia im Iapetus-Ozean. Zwischen dem unteren Ordovizium um 480 mya und dem späten Silur um 420 mya schloss sich der Iapetus-Ozean infolge Subduktion des Ozeanbodens unter Laurentia, und Laurentia, Baltica und Avalonia kollidierten. Ausdruck dafür ist die Kaledonische Orogenese, die den kaledonischen Gebirgsgürtel erzeugte. Im heutigen nordwestlichen Europa sind Auswirkungen u. a. im Rumpfgebirge von Schottland, Irland, von Teilen des skandinavischen Grundgebirges und Ost-Spitzbergens sowie in Ost-Grönland zu finden.

Geologische Strukturen

Spitzbergen, insbesondere die Hauptinsel, weist mehrere geologische Strukturen auf, die die Entstehungsgeschichte widerspiegeln. Sie bestehen aus den ordovizischen-silurischen (dunkelgrün markiert), devonischen (mittelgrün markiert), karbonischen bis permischen (hellgrün markiert) und triassischen (gelb markiert), jurassischen (orange markiert), kreidezeitlichen (rosa markiert) und paläogenen bzw. tertiären (rot markiert) Provinzen.

Die ordovizisch-silurische Provinz ist präsent in westlichen, östlichen und nördlichen Bereichen. Zwischen der westlichen und östlichen ordovizisch-silurischen Provinz befindet sich ein Grabenbruch. Als dessen Ursache wird die Bildung eines präkambrischen Meeresarmes bzw. einer ozeanähnlichen Rinne zwischen Grönland und Ost-Spitzbergen angesehen. Im nördlichen Bereich des Grabenbruchs liegt die devonische Provinz, während in südlichen Bereichen eine Provinz mit Ablagerungen aus der Trias, der Kreide und dem Tertiär/Paläogen entstand. Eine umfangreiche triassische Provinz erstreckt sich in südöstlichen Bereichen, während eine karbonisch-permische Provinz sich unterhalb der nördlichen ordovizisch-silurischen Provinz befindet.

Drei quasiparallele, in Nordsüd-Richtung verlaufende Verwerfungen trennen die Zonen. Eine markante Blattverschiebung befindet sich am östlichen Rand des Grabenbruchs. Sie wird als Billefjorden-Verwerfung (BFZ) bezeichnet. Eine weitere Verwerfung erstreckt sich zwischen dem westlichen Rand des Grabenbruchs und der westlichen ordovizisch-silurischen Provinz. Diese hat ihren Ausgangspunkt in der BFZ-Verwerfung. Die Lomfjorden-Agardhbukta-Verwerfung (LAFZ) trennt die östliche ordovizisch-silurische Provinz von den triassischen und karbonisch-permischen und Provinzen.

Geochronologische Entwicklung

Die Geochronologie kann vom Paläoproterozoikum bis zum Quartär nachvollzogen werden.

Paläoproterozoikum

Grundgebirge

Während des Paläoproterozoikums bildete sich das Grundgebirge Spitzbergens. Die ältesten Minerale sind Zirkone aus NW-Spitzbergen mit einem Alter von 3200 mya.

Die ältesten datierten Gesteine kommen überwiegend im Nordosten Spitzbergens vor. In Ny-Friesland entlang dem Ostrand des Wijdefjords bestehen Überschiebungen aus übereinander gestapelten kristallinen Schiefern, Amphiboliten, Gneisen und Graniten. Darunter befindet sich bis zu 1750 Millionen Jahre alter Gneis, darüber jüngerer Schiefer. Die Überschiebungen sind zu einer 150 Kilometer langen Falte verformt. Weiter östlich in Ny-Friesland kommen transformierte Tonschiefer u. a. mit Trilobiten, ähnlich wie in Ost-Grönland, vor.

Auf der Insel Nordostland (Nordaustlandet) kommen Sedimentablagerungen mit Alter von 1200 bis 900 Millionen Jahren sowie Vulkanite, die 960 bis 950 Millionen Jahre alt sind, vor. Östlich von Lady Franklinfjorden befinden sich Granite, Gneise, Migmatite und Vulkanite. Die Halbinsel Botniahalvøya von Nordostland ist größtenteils vulkanisch mit ca. 950 Millionen Jahre alten Laven und Ganggesteinen. Weiter südlich hat der rosa Rijpfjorden-Granit ältere Felsen durchdrungen und sie umgeformt. Östlich von Duvefjorden gibt es häufig Migmatite, Gneise und Granite ähnlich wie auf Isispynten.

mini|Nordspissen auf Prins Karls Forland

Andere Grundgebirgsgesteine kommen auf beiden Seiten des Forlandsundet mit unterschiedlichen Vulkaniten vor. Forlandsundet ist der Sund, der die Insel Prins Karls Forland von West-Spitzbergen trennt. Tillite sind Zeugen einer Gletscherbedeckung vor etwa 600 Millionen Jahren, die der Gaskiers-Eiszeit zugeordnet werden können. Diese Ablagerungen kommen sowohl am West- als auch am Nordrand Spitzbergens vor.

Die Gesteine im Nordwesten Spitzbergens sind im Allgemeinen durch jüngere tektonische Bewegungen stark deformiert, sehr stark metamorph überprägt, so dass die Schichten vielerorts steil stehen, gefaltet und von Brüchen durchzogen sind. Sie waren einst tief in der Erdkruste vergraben und durch hohen Druck und hohe Temperaturen teilweise geschmolzen und rekristallisiert.

Meeresbecken

mini|150px|Heutiger Arktischer Ozean mit Spitzbergen und dem Lomonossow-Rücken

Während des ausgehenden Neoproterozoikums verlief zwischen Ost-Spitzbergen und Ost-Grönland ein früherer Meeresarm bzw. eine ozeanähnliche Rinne. Ein weiterer vorarktischer Ozean könnte nördlich der Geosynklinale Nord-Grönland-Lomonossow-Rücken (Lomonossow Ridge) existiert haben. Die Schließung dieser ozeanischen Gebiete und die Verformung der umgebenden Geosynklinalen grenzt drei heutige Hauptkontinentalplatten ab: den Baltischen Schild (Baltic Plate), die Nordamerikanische Platte (Laurentia mit Grönland) und den Arktischen Ozean mit der Barentssee. Ihre relativ vorherrschende E-W-Bewegung erzeugte bis zum Silur eine Kompression zwischen diesen Platten, aber eine dextrale (rechtsgerichtete) Transpression und Transformstörung zwischen den beiden letzteren Platten. In spätsilurischer bis devonischer Zeit kontrollierte eine zunehmende Nordkomponente die spätkaledonische Transpression und die sinistrale (linksgerichtete) Transformstörung zwischen der Laurentiaplatte und der Baltischen Platte.

In Ost-Grönland entstand ein riesiges epikontinentales Sedimentbecken, in dem zwischen 900 und 450 mya bis zu 18 Kilometer mächtige Sedimente abgelagert wurden. Dieses reichte über mehr als 1000 Kilometer entlang Ost-Grönlands und bis zum heutigen mittleren und östlichen Spitzbergen. Daraus wurde geschlossen, dass sich Spitzbergen zur Zeit dieser Ablagerungen vor Ost-Grönland befand.

Spitzbergen lag im Neoproterozoikum vor 550 mya in niedrigen südlichen Breiten nahe am Südpol.

Paläozoikum

Das Paläozoikum war in Spitzbergen das Erdzeitalter, in dem Gebirge gebildet wurden, Erosionen und Sedimentationen verschiedenartiger Gesteine stattfanden, tropische und subtropische Sümpfe mit Kohlen und kohlenstoffhaltigen Sandsteinen entstanden sowie periodische Verdunstungen und Austrocknungen einsetzten.

Die kambrischen und ordovizischen Calciumcarbonat- und Kalksteinschichten enthalten oft Fossilien von Meerestieren, die einst im Iapetus-Ozean lebten. Diese waren primitive Wirbellose, wie Trilobiten und Graptolithen.

Kambrium

Zu Beginn des Kambriums scheint eine globale Erwärmung eingetreten zu sein.

Im Kambrium vor 535 mya hatte sich Spitzbergen etwas weiter von der Südpol-Lage entfernt und lag nun in niedrigen südlichen Breiten.

Ordovizium und Silur

Im Ordovizium und Silur ereignete sich ab 450 mya die Kaledonische Orogenese. Der gesamte West- und Nordbereich Spitzbergens ist von dieser Faltung geprägt. Das System der metamorphen und magmatischen Gesteine wird traditionell als Heckla-Hoek-Serie bezeichnet. Der Name Spitzbergen, der die Spitzen Peaks bedeutet, stammt von dem wilden und zerklüfteten Heckla-Hoek-Gebiet im Nordwesten Spitzbergens. Aus der Kaledonischen Orogenese ging der Großkontinent Laurussia hervor.

mini|150px|Südwestseite des Newtontoppens

Auf Ny-Friesland bildete sich der 432 bis 420 Millionen Jahre alte Berg Newtontoppen. Er besteht aus grobkörnigem, typischem Inselbogengranit, der möglicherweise vom Grundgestein Ost-Grönlands losgerissen wurde. Dieser Granit durchdrang vor 432 Millionen Jahren umliegende ältere Gesteine.

Im Silur setzten vor etwas mehr als 420 Millionen Jahren Dehnungen in der Erdkruste ein. Sie schufen Nord-Süd-verlaufende Bruchzonen in Spitzbergen und ganz Norwegen. Im späten Silur drangen Granite in ältere Gesteinsschichten ein.

Spitzbergen lag im frühen Ordovizium in mittleren südlichen Breiten und driftete bis zum späten Silur in Äquator-Nähe.

Devon

Das Devon war in Spitzbergen das Zeitalter der Erosionen und Sedimentationen. Der Norden Spitzbergens begann sich abzusenken. Im zentralen Spitzbergen bildete sich eine keilförmige beckenförmige geologische Provinz aus, die von Störungszonen im Westen und Osten begrenzt ist (siehe Geologische Strukturen). Das kaledonischen Gebirge erodierte und der Erosionsschutt wurde in küstennahen Umgebungen, Flussdeltas und Seen abgelagert. Insgesamt sedimentierten mehr als 8000 m mächtige Schichten aus Sandsteinen, Dolomiten, Kalksteinen, Konglomeraten und Schiefern. Die Sandsteine bestehen oft aus charakteristischem Buntsandstein. Dessen rote Farbe weist auf Perioden mit trockenem, wüstenähnlichem Klima hin. Später wurde das Land vom Meer bedeckt, und es bildeten sich marine Sedimentgesteine. Diese Perioden wurden durch kürzere Intervalle der Landhebung über dem Meeresspiegel unterbrochen.

In den Sedimenten fossilierten primitive Fische wie z. B. die kieferlosen Fische Cephalaspis und die gepanzerten fischartigen Pteraspidiformes. Sie gehören zu den ersten bekannten Wirbeltieren. Auch wurden Fossilien von primitiven Pflanzen gefunden.

Zu dieser Zeit, von 400 bis 370 mya, lag Spitzbergen südlich des Äquators.

Karbon