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Die paläozoisch-mesozoische Entwicklung Sibiriens

Nach dem Aufsatz von Yu.A.Zorin „Die Geodynamik des westlichen Teils des Mongolei-Okhotsk-Kollisionsgürtels, der Trans-Baikalregion (Russland) und der Mongolei“

1. Übersicht über das Untersuchungsgebiet

Der Mongolei-Okhotsk-Gürtel liegt an der Grenze zwischen Russland und der Mongolei und China ist etwa 3000 km lang und damit dreimal so lang wie die Alpen. Mit 2500 m an seiner höchsten Erhebung erreicht er zwar nicht die Höhe der Alpen von bis zu 5000 m, ist aber we-sentlich höher als unsere deut-schen Mittelgebirge. Der Feld-berg bei Frankfurt kommt nur auf knapp 900 m und der Große Ar-ber im Böhmerwald auf 1457 m.

2. Sibirien und die Mongolei vor der Kollision im Devon und Karbon

Der Zeitraum, in dem sich die Bildung und Ausformung des Mongolei-Okhotsk-Gürtels ab-spielte, dauerte vom Devon bis in die Kreide. Aus dem Devon und Karbon findet man in den südwestlichen Teilen bis 10 km mächtige marine Turbidite mit Linsen und Blöcken von Ba-salten und Karbonaten. Turbidite sind Sedimentrutschung vom Schelf (Flachmeerbereich an der Küste) in die Tiefsee, bei den Basalten handelt es sich um Ophiolite (Reste des Ozeanbo-dens) und bei den Karbonaten um Kalksedimente von vorgelagerten untermeerischen Bergen.

Aus den aufgeschlossenen Gesteinen des Untersuchungsgebiets lässt sich seine Geschichte rekonstruieren.

Die Lage des Untersuchungsgebiets im asiatischen Kontinent

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Solche Sedimente entstehen dort, wo Ozeanplatten unter Kontinente subduziert werden, in Meeresgebiete mit bis zu 11 km Tiefe. Auch Ophiolite (Bruchstücke von Ozeanbodenbasal-ten) findet man dort. Weiter im Landesinneren müssen dabei auch Schmelzen des oberen Mantels und der kontinentalen Kruste entstehen, die entweder unterirdisch abkühlen oder auf-steigen und Vulkane bilden. Plutonite, nämlich Granite und Granodiorite, findet man nördlich der Turbiditzone, auf dem sibirischen Konti-nent und auch Vulkanite von Festlandvulkanen, denn sie befinden sich inmitten kon-tinentaler Sedimente. Weiter östlich im Einzugs-bereich des Ononflusses findet man kleinere Bereiche mit Turbiditen, die felsische Vulkaniten einschließen, süd- und südwestlich davon großräumiger Bereiche, mit Turbiditen, die Ophiolite enthalten und Karbonatblö-cke, schließlich auch noch kleinere Bereiche mit Pluto-niten. Also typische Hinwei-se auf eine Subduktionszone. Felsische Vulkanite enthalten Minerale, die einen relativ niedri-gen Schmelzpunkt haben. Sie sind übrig, wenn andere Minerale schon auskristallisiert und auf der Strecke geblieben sind, und können so in höhere Stockwerke der Erdkruste gelangen.

Doch die Größe des Bereichs, die Unterschiedlichkeit zur Umgebung und die Andersartigkeit der Gesteine legen nahe, dass es sich um einen vulkanischen Inselbogen handelte. Der ent-steht, wenn eine Ozeanplatte unter eine andere Ozeanplatte subduziert wird. In dem Forearc-Becken werden mächtige Turbidite abgelagert, Ophiolite sammeln sich an, Karbonate entste-hen auf unterseeischen Vulkanbergen und es bilden sich Vulkanite und Plutonite.

3. Die Kollision beiden Kontinente Sibirien und Mongolei vom Perm bis in den Jura

Seit dem Devon wird Ozeanboden unter Sibirien subduziert. Im Westen endet dieser Prozess schon im Perm. Zu der Zeit war die Mongolei bereits an den westlichen Teil von Sibirien an-

Die Subduktion einer Ozeanplatte unter eine andere Ozeanplatte aus: Frank Press / Raymond Siever, Allgemeine Geologie

Durch die Subduktion von Ozeanboden wandern die Kontinental vom Perm bis in den Jura und kollidieren.

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geschlossen. Die beiden Kontinente bildeten einen Winkel von 120º und beide subduzierten den Ozeanboden des Mongolia-Okhtosk-Ozeans. Dadurch näherte sich der inaktive Onon-Inselbogen dem mongolischen Kontinent an. Außerdem befand sich auch am südwestlichen Rand der Mongolei ein aktiver Kontinentalrand. Dort wurde im späten Perm Nordchina an die Mongolei angeschweißt, wodurch auch die Subduktion am gegenüberliegenden nordöstlichen Rand abbrach. Aus dem aktiven Kontinentalrand ist dort ein passiver geworden. Stattdessen wurde die Subduktion unter den Onon-Inselbogen wieder aktiv und es bildeten sich Trans-formfaults parallel zum mongolischen Kontinent aus. Durch die Subduktion unter den Sibiri-schen Kraton und den Onon-Inselbogen ist Sibirien über den Nordpol auf die Mongolei zuge-driftet. Gleichzeitig wanderte auch der Mongolei/Nordchina-Kontinent nordwärts. Der Ozean dazwischen wird immer schmaler. Im späten Jura war der Mongolei-Okhotsk-Ozean zwi-schen Sibirien und der Mongolei schließlich ganz geschlossen und der Onon-Inselbogen steckte dazwischen.

3.1 Wie läuft eine Kontinent-Kontinent-Kollision ab?

Bei Abtauchen der Ozeanplatte werden kontinentale Sedimente (Turbidite), Tiefseesedimente und Teile des Ozeanbodens (Ophiolite) abgeschürft und an die Oberplatte angegliedert (Akkretionskeil). Diese Gesteine werden intensiv gefaltet, vermischt (Melange) und da sie oft durch die Subduktion in große Tiefen gelangen, ändert sich durch den dort herrschenden

Druck ihre Kristallstruktur (Metamorphose). Da die Kontinente leichter sind, können sie nicht abtauchen und werden deformiert. Durch Faltung werden die Flach- und Tiefwassersedimente aufgetürmt. Durch mehrfache Überschiebung verdickt sich die Kruste. Der Kontinent auf der subduzierten Platte wird in verschiedene Deckeneinheiten zerschert und regelrecht überfah-ren. Dieser Bereich wird Sutur genannt.

3.2 Die Gesteine sind Zeugen der Kontinent-Kontinent-Kollision

Die erste Kollision: Kontinentale Sedimente (Molasse) überdecken im Perm die Turbidite aus dem Devon und Karbon, es tritt aktiver Vulkanismus auf und Plutonite dringen großräumig in die Kruste ein. Der Vulkanismus reicht durch die Trias bis ins frühe Jura.

Die zweite Kollision: Im mittleren Jura sammelt sich Molasse in Becken am Rand und im Inneren des Orogens. Dazwischen finden sich Lagen von vulkanischem Gestein. Außerdem sind zahlreiche Plutoni-te aus dem mittleren Jura vorhanden.

Von der Subduktion von Ozeanboden zur Kollision von Kontinenten. Aus: Press / Siever, Allgemeine Geologie

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Die Tektonik: Es bilden sich Mulden, die in Nordost-Südwest-Richtung streichen. Die älteren Sedimente am südlichen Rand des sibirischen Kontinents wurden gefaltet und der Metamorphose unterwor-fen. Die Faltenachsen folgen dem Verlauf der Sutur. In der Onon-Zone ist die Faltung am stärksten und die Metamorphose am hochgradigsten. Störungen verlaufen nordwest-südöstlich. Sibirische Gesteine wurden zwischen 50 und 150 km weit auf die Mongolei über-schoben. Der Onon-Inselbogen wurde von seiner Grundlage abgeschert und ca. 200 km weit auf die Mongolei geschoben. Daneben gibt es weitere Überschiebungen, zum Teil auch in die entgegengesetzte Richtung.

Die Krustendicke: Messungen der Krustendicke stimmen mit der Überschiebungstheorie gut überein. In der Khangay-Zone ist die Kruste am dicksten, weil dort die Subduktion am längsten gedauert hat. (siehe Abbildung weiter unten)

4. Veränderungen nach der Kollision

Nach dem Abschluss der Kollision entstanden enge längliche Becken (15-25 km breit, über 200 km lang), in denen sich 1,5-2,0 km mächtige kontinentale Sedimente und Basalte ablager-ten. An der einen Seite sind sie von flachen Störungen begrenzt. Sie bilden typische Rift-halbgräben und sind ein Beweis für Krustendehnung. Die Dehnungsbecken in der Süd- und Ostmongolei sind breiter. Sie enthalten auch Sedimente aus der Oberkreide und haben Mäch-tigkeiten bis 3 km. In den Bergen am Rand der Becken findet man Orthogneise (metamorphe Granite), die von dicken Mylonitzonen eingefasst sind. (Mylonite sind durch Tektonik stark deformiertes Festgestein.) Die Kollision hat das Gebirge angehoben. Als sie beendet war, floss dieses unter der Schwer-kraft auseinander. Das oberflächennahe, spröde Gestein brach entlang fast senkrechter Stö-rungen und bildete Breccien. Doch in größerer Tiefe ist das Gestein plastisch und es entstan-den großflächige Störungen, detachment faults, entlang derer großräumige Gesteinsschollen abrutschten. Dabei wurde das Material in seiner Struktur verändert. In Bereich der flachen Störung wurde es mylonisiert, das granitische Gestein vergneist. Die Gesteinsschollen rotier-

An aufgeschlossenen Gesteinen und tektonischen Spuren lässt sich die Kollision der Kontinente nachzeichnen.

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ten. Es entstand eine flache und eine steile Hangneigung und Becken. Durch die Ab-schiebung und die Erosion wurde das Gebirge flacher und leichter und schwamm auf. Die Sedimente der ero-dierten Berge sammelten sich in den Becken und durch die anhaltende Anhe-bung kam schließlich das vergneiste Tiefengestein mit den mylonisierten Bereichen bis an die Oberfläche. Die geologische Struktur, die bei diesem Prozess entsteht, wird Metamorphic Core Complex genannt.

Die Krustendicke und die Gebirgsrücken am südlichen Rand des sibirischen Kontinents.

Ein Metamorphic Core Complex in den USA. Eine großflächige Ge-steinsscholle rutscht ab, zerbricht in kleinere Schollen, die rotieren und erodieren, und durch Entlastung schwimmt das Grundgebirge auf.