Der Oberrheingraben. Inhalt. 1. Lage Seite Entstehung.. Seite Füllung des Oberrheingrabens Seite 5-6

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1 Der Oberrheingraben Inhalt 1. Lage Seite Entstehung.. Seite Füllung des Oberrheingrabens Seite Der Oberrheingraben heute und in 250 Millionen Jahren - Wilson Zyklus. Seite Intraplattenvulkanismus am Oberrheingraben. Seite 7-8

2 1. Lage Der Oberrheingraben erstreckt sich mit einer Spanne von etwa 300km und einer durchschnittlichen Breite von 35km von Basel (Schweiz) bis nach Frankfurt am Main. Begrenzt wird der südliche Oberrheingraben im Westen durch die Vogesen (Frankreich) und im Osten durch den Schwarzwald, die Haardt und der Kraichgau begrenzen den mittleren Teil. Am Nordende liegt im Westen das Mainzer Becken und im Osten der Odenwald. Durch tektonische Verschiebungen sind die Grabenflanken etwa 4000m bis 5000m auseinandergedriftet, die Westflanke hat sich nach Südwesten, die Ostflanke nach Nordosten bewegt. Abbildung 1: Prof. Dr. Gregor C. Falk: Terra, Physische Geographie. Ernst Klett Verlag, 2010, S.38 Der Gesamtverwerfungsbetrag zwischen der Füllung des Grabens und der Grabenflanke beträgt an der östlichen Grabenseite bis zu 4000 Meter, an der westlichen bedingt durch eine geringere Heraushebung von Vogesen und Pfälzer Wald bis zu 3000 Meter. Die Dicke der Erdkruste unter dem Graben beträgt etwa 24km, was etwa 6km weniger bedeutet als in der Umgebung mit etwa 30km. 2 von 8

3 Der Graben ist Teil des Europäischen Känozoischen Grabensystems, welches sich mit einer Reichweite von etwa 1100km durch West-und Zentraleuropa erstreckt. Dieses Grabensystem liegt auf der Mittelmeer-Mjösen-Zone, eine zusammenhängende Schwächezone, die sich vom Mittelmeer her über Marseille, den Oberrheingraben und der Eifel bis zum Mjøsa-See im Süden Norwegens durchzieht. Abbildung 2: Mai Web. URL. < Tektonik/EKG.htm>, Mitten durch den Oberrheingraben fließt der Rhein. Der Fluss hat allerdings keinen Einfluss auf die Entstehung des Oberrheingrabens genommen. Der Rhein entstand nämlich erst nach dem Beginn der Grabenbildung. Daher kann der Oberrheingraben wissenschaftlich gesehen nicht als Tal bezeichnet werden, da Täler von Flüssen ausgewaschen oder von Gletschern ausgeschabt werden. 3 von 8

4 2. Entstehung Die Entstehung des Oberrheingrabens, die vor etwa 45 Millionen ihren Anfang nahm, ist bis heute trotz oder gerade wegen der vielen verschiedenen Untersuchungsergebnisse nicht ganz geklärt. Es werden unterschiedliche Aspekte zur Entstehung der Grabenbildung betrachtet, beispielsweise, dass der Graben als Reaktion des stabilen Hinterlandes auf die alpine Gebirgsbildung entstanden sein könnte. Eine sehr gängige Modellvorstellung der Entstehung des Oberrheingrabens dürfte das Zugversagen-Modell sein. Abbildung 3: Mai Web. URL < Ursachen/Ursachen.htm>, Die Entstehung des Europäischen Känozoischen Grabensystems fand etwa zeitgleich wie die Bildung der Alpen statt, daher lässt sich vermuten, dass die Entstehung des Europäischen Känozoischen Grabensystems mit der Entstehung der Alpen in Verbindung steht. Die alpine Orogenese begann mit der Kollision der europäischen und der apulischen Platte. Dies hatte zur Folge, dass die Lithosphäre im Bereich der Alpen abgesenkt wurde. Es kam schließlich zur Aufwölbung des Mantels unter Mitteleuropa, was eine Verdünnung von ca. 50km der Lithosphärenplatte mit sich brachte. Dem Modell aus Abbildung 1 nach konnte die nun ausgedünnte harte subkrustale Lithosphäre (oberer Teil des oberen Mantels) von außen wirkenden Zugkräften (Kräfte die auf die Erdkruste einwirken -> Abb. 1) nicht mehr Stand halten und ist in Folge dessen gerissen. 4 von 8

5 Durch den hierdurch entstandenen Riss konnte weiches Gestein aus dem unteren Teil des oberen Erdmantels (Asthenosphäre) dringen. Die Schmelze drang so weit nach oben, bis es sich über den oberen Teil des oberen Erdmantels (Grenze Erdmantel zur Erdkruste) aufschichtete. Durch diese Aufschichtung kam es schließlich zur Aufwölbung der darüber liegenden Kruste. Aufgrund der Aufwölbung entstanden Spalten an der Erdoberfläche. Zwischen diesen Spalten rutschte nun ein ziemlich mächtiger Teil der Erdoberfläche ein, dadurch entstand der keilförmige Graben. Grabenbrüche werden des Weiteren in sogenannte aktive Rifts und passive Rifts unterteilt. Bei der zuerst genannten Variante wird die Lithösphäre durch einen aufsteigenden Hot Spot erwärmt; in folge dessen wird diese angehoben und durch Aufschmelzen verdünnt. Auf diese Weise kommt es zur Spaltenbildung in der Erdkruste, die das Absinken von Erdmasse zur Folge hat. Die aktiven Rifts entstehen also über Mantle plumes. (z.b. der Große Afrikanische Grabenbruch) Da der Oberrheingraben nicht aufgrund eines aufsteigenden Hot Spots entstanden ist, wird er als passives Rift bezeichnet. Hier entsteht der Bruch in der Erdkruste als Reaktion auf tektonische Kräfte, die ihren Ursprung meist aus plattentektonischen Prozessen der näheren Umgebung (z.b. Gebirgsbildungen) nehmen. 2. Füllung des Oberrheingrabens Als Platzbereitung für die einsinkende Erdmasse erhoben sich Zeitgleich zum Einsenken des Grabens die Grabenschultern (Vogesen und Schwarzwald) und wichen auseinander. Auf diese Weise gelangten die zuvor verdeckten Gesteinsschichten aus den Tiefen der Erdkruste an die Erdoberfläche und das jüngere Gestein der ehemaligen Erdoberfläche sank in die Tiefe. Abbildung 4: Web. URL. < Flusslandschaften/Oberrheinische- Tiefebene>, In der entstandenen Senke sammelten sich mit der Zeit mehrere tausend Kubikkilometer Ton, Sand, Kies und Mergel. Auch lag mehrmals im Graben ein Meer. Wenn dieses austrocknete, blieben Salzschichten zurück, die abgebaut werden konnten. Unter den Sedimenten waren auch organische Sedimente; aus diesen konnte mit Hilfe der vorhandenen Wärme in großen Tiefen Erdöl und Erdgas entstehen. Da diese eine recht geringe Dichte aufweisen, drangen das Erdöl und das Erdgas bis zu undurchlässigen Schichten nach oben und bildeten so Erdöl- und Erdgaslagerstätten. Der Oberrheingraben gehört zu einer der größten 5 von 8

6 Kohlenwasserstoffprovinzen Deutschlands. Es wird geschätzt, dass sich unter dem Oberrheingraben ca. 9,4 Millionen Tonnen Erdöl befinden. Heute ist die gesamte Grabenebene insgesamt mit über 3000 Meter mächtigen tertiären und quartären Sedimenten befüllt. Während der Graben immer tiefer einsinkt (zurzeit schon mindestens 20km eingesunken) und die Umgebung sich immer mehr erhebt, spielen zeitgleich Faktoren wie die Verwitterung und fließendes Wasser eine bedeutende Rolle. Auf diese Weise wurde das Abtragen von Gesteinen mit Hilfe von beispielsweise Wind oder Flüssen in Gang gesetzt. Durch dieses Abtragen wird es im Laufe der Zeit (innerhalb mehrerer Millionen Jahren) zu einer Einebnung des Gebiets kommen. 4. Der Oberrheingraben heute und in 250 Millionen Jahren - Wilson-Zyklus Da auch heute immer wieder eine tektonische Aktivität der Region rund um den Oberrheingraben in Form von leichten Erdbeben festgestellt wird, deutet es darauf hin, dass der Graben immer noch ein aktiver Grabenbruch ist. Der Oberrheingraben befindet sich im zweiten Stadium des Wilson-Zyklus` (1970) ( John Tuzo Wilson ( ) ), dem Grabenbruch-Stadium. Das erste Stadium, das Ausgangsstadium dieses Zyklus`, beschreibt die Ruhephase einer kontinentalen Platte. Der Wilson-Zyklus zeigt die Abfolge von plattentektonischen Vorgängen, die zum zyklischen Ausbreiten und Verengen von Ozeanen führt. Dieser Zyklus ist in acht verschiedenen Phasen unterteilt und dauert etwa 250 Millionen Jahre. In dem Zyklus werden nur theoretische Vorgänge aufgezeigt, die Realität weicht oftmals ein wenig von der Theorie ab. Abbildung 5: Dezember Web. URL < unterricht/ /nkgeo2016/ reliefsphaere/plattentektonik>, von 8

7 Das nächste Stadium, welches der Oberrheingraben erreichen wird, ist das Meeresstadium. In diesem weitet sich der Graben weiter aus und es kommt zur Überflutung durch angrenzende Meere. Im Ozeanstadium (vierte Phase) weitet sich der Meeresboden immer weiter auf und durch Seafloor-Spreading kommt es zur Neubildung von ozeanischer Kruste. Der Schließungsprozess des Wilson-Zyklus beginnt mit der fünften Phase, dem Subduktionsstadium. In dieser Phase wird die ozeanische Platte unter die kontinentale subduziert, hier beginnt die Umkehrung der Ozeanerweiterung zur Ozeaneinengung. In der Subduktionszone kommt es zu Vulkanismus und Tiefseerinnen. In der fünften Phase, dem Restmeer-Stadium nähern sich die beiden Kontinente und engen dabei den Ozean ein, es entsteht ein Meeresbecken. Durch das Aufschieben und gleichzeitige Falten des Meeresbodens kommt es zur Gebirgsbildung. Im vorletztem Stadium, dem Kollisionsstadium, kollidieren, aufgrund der vollendeten Subduktion der ozeanischen Platte, zwei Kontinente miteinander. Bei dieser Kollision kommt es zu einer stark ausgeprägten Gebirgsbildung. In der letzten Phase des Zyklus`, dem Endstadium, wird das Faltengebirge abgetragen und es kommt wieder zu einer verhältnismäßig ebenen kontinentalen Platte. Von diesem Stadium aus kann der Zyklus wieder von Neuem beginnen. 5. Intraplattenvulkanismus am Oberrheingraben Durch die Bildung von Spalten, die sich im Erdinneren durch den Grabenbruch bildeten, kam es zur Druckentlastung des heißen Gesteins im Erdmantel. So konnte genug Schmelze in der Asthenosphäre gebildet werden, das an der ausgedünnten Erdkruste an die Erdoberfläche gelangen konnte. Da der Vulkanismus mitten in einer Kontinentalplatte auftritt, handelt es sich hier also weder um Seafloor-Spreading noch um Subduktionsvulkanismus, hier herrscht ein Intraplattenvulkanismus. Auch die Entstehung des Kaiserstuhlvulkans, der im südlichen Teil des Oberrheingrabens liegt, im mittleren Miozän vor etwa 16 Millionen Jahren erfolgte auf diese Weise. Der Ausbruch des Kaißerstuhlvulkans wurde von einer Erosionsphase mit starker explosiver Förderung von Tuffen und Tuffbrekzien (pyroklastisches Gestein: ca. 25 % - 75 % vulkanische Bomben und Blöcke, Rest Lapili und/oder vulkanische Asche) begleitet. Die Eruptivgesteine und Tuffe beinhalteten vorwiegend melilithführende Olivin-Nephelinite (dunkles, rötliches, hartes Gestein; Nephelinit: extrem feines Vulkangestein) mit Bestandteilen des Grund- und Deckgebirges. Heute beträgt die Höhe des Vulkans aufgrund von Erosions- und Verwitterungsprozessen nur noch etwa 555m über dem Meeresspiegel, damals ragte der Gipfel noch einige hundert Meter höher hinaus. Vulkane brachen allerdings nicht zwingend im Graben selbst aus sondern teilweise sogar mehrere Kilometer weiter entfernt. Wie lässt sich das nun erklären? 7 von 8

8 Abbildung 6: 23. März Web. URL. < Deutsche Wissenschaftler vom Helmholtz-Zentrum Potsdam erklären dies auf folgende Weise: Die Erdkruste wird im Graben durch den Bruch ausgedünnt und parallel dazu gewichtsmäßig entlastet. Dadurch kommt es zu einer Änderung des Spannungsverhältnisses in der Erdkruste. Die Folgen sind das Bilden von schräg nach oben führenden Kanälen seitlich vom Graben. Durch diese Kanäle gelingt es dem Magma nun bis an die Erdoberfläche aufzusteigen. Weiterführend erläutert GFZ-Forscher Francesco Maccaferri: Unser Modell zeigt, dass Vulkanismus an Spreizungszonen auf zwei unterschiedliche Arten auftreten kann. Im Fall von flachen, breiten Grabenbrüchen tritt das Magma direkt oberhalb der tiefsitzenden Magmaquelle an der Erdoberfläche aus, während im Fall von tiefen, schmalen Grabenbrüchen das Magma ausserhalb der Grabenschultern austritt. 8 von 8