Vulkanausbrüche, Erdbeben, Überschwemmungen, Erdrutsche – immer wieder formen Naturgewalten ein neues Bild unserer Landschaft. Die Spuren längst vergangener Ereignisse sind bis heute zu finden – wenn auch mitunter in tiefen Erdschichten verborgen. Mit viel Spürsinn untersuchen Potsdamer Geologen in Kirgistan die Ursachen großer Schwankungen des Wasserspiegels des Issyk Kul-Sees.
Auf dem Monitor des Computers ist eine karge, baumlose Landschaft zu sehen. Der sandige Boden ist mit dürrem Gras bedeckt, vereinzelt liegen große Gesteinsbrocken auf der Erde. In der Ferne sind die schneebedeckten Gipfel des Tien Shan-Gebirges zu erkennen. Kleine Sandböschungen, die ein ungeübtes Auge kaum wahrnimmt, häufen sich in der Umgebung eines gewaltigen Süßwassersees. An anderer Stelle sind die Böschungen mehrere Meter hoch und formen Stufen in der Landschaft. Die Geologin Angela Landgraf fotografierte diese markante Landschaft während einer sechswöchigen Forschungsreise im vergangenen Herbst. Für sie sind die Geländekanten Zeugen längst vergangener Zeiten. Denn es sind ehemalige Strandlinien die markieren, wo sich der Uferbereich des Sees einst befand. Auf ihrer Forschungsreise hier im Norden Kirgistans suchte die Potsdamer Wissenschaftlerin nach Hinweisen auf die geologische Vergangenheit des Issyk Kul – des zweitgrößten Hochgebirgssees der Welt, der an seiner tiefsten Stelle knapp 670 Meter tief ist.
"Wir wissen, dass der Wasserstand des Issyk Kul vor etwa 25.000 und noch einmal vor etwa 500 Jahren sehr viel höher als heute war", erklärt Angela Landgraf. Die Wissenschaftlerin bewegt die Frage nach den Ursachen hierfür. Denn einerseits können klimatische Änderungen die Wasserstände großer Seen schwanken lassen. Andererseits kommen auch tektonische Ereignisse – wie etwa Erdbeben – als Urheber infrage. Klimawissenschaftler planen, den See in naher Zukunft als Klimaarchiv zu nutzen und Bohrkerne aus dem Seesediment zu gewinnen. Die Sedimentschichten des Sees liefern dabei wertvolle Informationen über die einstigen Klimaverhältnisse der Region. Doch auch Erdbeben können Sedimentzusammensetzung und Wasserstand eines Sees erheblich beeinflussen – etwa wenn ganze Abhänge oder Felsblöcke ins Wasser rutschen und den Abfluss des Sees versperren. Um aus den Bohrkernen tatsächlich stichhaltige Informationen über das Klima der vergangenen Jahrtausende zu erhalten, müssen Wissenschaftler tektonische und klimatische Ursachen in den Sedimentablagerungen unterscheiden können. Die Untersuchungen der Geologin sollen Klarheit verschaffen.
Rund um den Issyk Kul gab es in der Vergangenheit viele geologische Ereignisse, die den See vermutlich geprägt haben. „Das Gebiet ist seismisch sehr aktiv“, erklärt Angela Landgraf. Vor etwa 100 Jahren erschütterte eine Serie von Großbeben die Region, historische Schriften belegen auch ältere starke Erdbeben. Auch in den ehemaligen Strandlinien, die die Wissenschaftlerin im Vorfeld der Expedition mithilfe von Satellitenbildern rekonstruierte, haben die Beben Spuren hinterlassen. Für Geoforscher sind diese Strandlinien einzigartige Referenzhorizonte, mit denen sie Hebungen und Senkungen des Untergrunds entschlüsseln können. Hinweise auf Erdbeben finden sich auch dort, wo Bruchkanten den Blick auf die jahrtausendealten Ablagerungsschichten des Sees freigeben. An einigen Stellen sind die feinen Linien im Sand und die hellen und dunkleren Schichten aus Ton, Schluff und Kies aufgeworfen, gefaltet, verbogen. Mit Spachtel und Pinsel werden die Strukturen – sogenannte Seismite – freigelegt und analysiert. „Wenn solche Sedimentdeformationen über einen größeren Bereich immer wieder auftauchen, sind dies Hinweise für ein Erdbeben“, erläutert Angela Landgraf. Diese Stellen sind nicht leicht auszumachen: „Wir haben sehr viel Zeit damit verbracht, mit dem russischen Mini-Bus durchs Gelände zu fahren“, gibt sie zu. Ebenso schwer zu finden sind die ehemaligen Strandlinien in dem unwegsamen Gelände, die die Geologin mit einem differenziellen GPS-Gerät abläuft, um hochauflösende Daten zu gewinnen. „Auf den Luftbildern sind die Linien sehr viel besser zu erkennen als im Gelände“, erklärt sie. Im weichen Untergrund erodieren die Konturen in kurzer Zeit. Doch Böschungen, Lagunen, Buchten und Kliffe geben immer wieder Hinweise auf den früheren Verlauf des Seeufers.
Geoforscher vermuten, dass ein geologisches Ereignis dafür verantwortlich ist, dass der Wasserstand des Issyk Kul vor 25.000 Jahren etwa 50 Meter über dem heutigen Niveau lag. Hinweise darauf fand Angela Landgraf in der Boam-Schlucht am westlichen Seeufer. Einst könnte ein Bergsturz die enge Schlucht verschlossen und so einen natürlichen Staudamm geschaffen haben. Heute ist davon nichts mehr zu sehen. Doch in der Ebene hinter der Schlucht liegen tonnenschwere Felsbrocken. Möglicherweise sind sie die Überbleibsel des natürlichen Staudamms, die durch die aufgestauten Wassermassen aus der Schlucht herausgeschleudert wurden – eine verheerende Flut hätte damals das Land verwüstet. Um zu untersuchen, ob die Felsblöcke tatsächlich aus der Schlucht stammen, bestimmt Angela Landgraf Größe und Alter der Gesteine. Mit einem mathematischen Modell kann sie berechnen, welche Transportkraft des Wassers nötig ist, um die Steine zu bewegen und damit Rückschlüsse auf das Flutereignis ziehen, das möglicherweise durch das Brechen des natürlichen Staudamms ausgelöst wurde. Die Menge der Nuklide, die sich an der Gesteinsoberfläche durch die Wechselwirkung mit sekundärer kosmogener Strahlung bilden, zeigt der Wissenschaftlerin, wann das Gestein abgelagert wurde. Stimmt der Zeitpunkt mit dem Auftreten des Wasserhöchststandes des Issyk Kul überein, ist ein Bergsturz als Ursache für die Stauung des Seewassers wahrscheinlich.
Nach der Rückkehr aus Kirgistan warten auf Angela Landgraf mehr als 250 Kilogramm Gesteinsproben, die im Labor analysiert werden sollen. Trotz aller Strapazen hat sie die Expedition zum Issyk Kul genossen: „Es ist einfach eine wunderschöne Landschaft – der glasklare, blaue See, die schneebedeckten Berge“ – ,Schauplätze, wie sie Tschingis Aitmatov in seinen Büchern beschrieb. „Da kann man sich eigentlich jeden Tag aufs Arbeiten freuen“, sagt sie. Ein Schuss Abenteuerlust gehöre natürlich auch dazu.
Das Projekt
Issyk Kul: Neotektonische Deformationen von Strandlinien und ihre Beziehung zu Seespiegelschwankungen und Sedimentbeckenentwicklungen
Beteiligt: Dr. Angela Landgraf
Laufzeit: 2012–2013
Finanzierung: DFG
Internet: www.geo.uni-potsdam.de/icdp_homepage/projects/index.html
International continental Scientific Drilling program (ICDP)
Das „International Continental Scientific Drilling Program“ (ICDP) ermöglicht multidisziplinären Wissenschaftlerteams aus aller Welt, globale Fragestellungen an Bohrkernen zu bearbeiten. Das Programm will mit dem einmaligen Mittel der wissenschaftlichen Tiefenbohrung exaktes, fundamentales und global signifikantes Wissen zur Zusammensetzung, Struktur und den dynamischen Prozessen in der Erdkruste liefern. Dabei werden unterschiedliche Fragstellungen bearbeitet: die Entwicklung des Klimas, die Aktivität von Vulkanen, die geothermische Energie, große Störungszonen oder die Entstehung von Erdbeben. Tiefenbohrungen sind aufwendig und teuer. Sie können nur im Rahmen internationaler Kooperationen und durch Kofinanzierung verwirklicht werden. Parallel zu dem internationalen Programm läuft in Deutschland ein wissenschaftliches Strukturprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), dessen Koordinator der Potsdamer Uni-Professor Roland Oberhänsli ist. Planen Wissenschaftler eine Tiefenbohrung, müssen sie mit Voruntersuchungen absichern, dass diese an der richtigen Stelle stattfindet. Nach der Bohrung muss das gewonnene Bohrkernmaterial wissenschaftlich ausgewertet werden. Dazu steht das nationale Programm zur Verfügung.
Die Uni Potsdam ist mit mehreren Projekten am ICDP beteiligt. Neben dem Issyk Kul, der aufgrund seines hohen Alters als vielversprechendes Klimaarchiv gilt, untersuchen Geologen etwa Riffe in Japan, die Wanderung der Hominiden aus Afrika, die Entwicklung der Magmen in der Caldera von Pozzuoli oder Plattenbewegungen in Neuseeland. Mit ihrer Arbeit trägt Angela Landgraf dazu bei, geplante zukünftige Tiefenbohrungen am Issyk Kul vorzubereiten.
www.geo.uni-potsdam.de/icdp_ homepage/index.html
Die Wissenschaftlerin
Dr. Angela Landgraf studierte Geologie an der Universität Potsdam. Nach ihrer Promotion arbeitet sie derzeit als Postdoc am Institut für Erd- und Umweltwissenschaften.
Kontakt
Universität Potsdam
Institut für Erd- und Umweltwissenschaften
Karl-Liebknecht-Str. 24–25
14476 Potsdam
E-Mail: landgrafugeo.uni-potsdampde
Text: Heike Kampe, Bearbeitung: Silvana Seppä