Die Größe der Täler im Himalaya wird durch tektonisch gesteuerte Felsaufwölbung kontrolliert, wie eine Studie zeigt.

4. September 2023 Funktion

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von Hannah Bird, Phys.org

Die Ozeane sind das endgültige Ziel der Verwitterungsprodukte des Landes und ihres Transports über Flüsse, wobei allein in den Himalaya-Bergen jährlich eine Milliarde Tonnen Sediment transportiert werden. Um die Speicherdynamik von Gebirgstalsystemen zu verstehen, ist es wichtig, die räumliche Verteilung von Flüssen, ihre Volumen und Langlebigkeit auf saisonalen und längerfristigen Zeitskalen zu bestimmen. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund, dass Erosionsprozesse Täler verbreitern und somit die räumliche Verteilung von Sedimenteinträgen in die Ozeane ausdehnen.

In der in Nature Geoscience veröffentlichten neuen Studie sollte der Einfluss auf die sich verändernden Talformen des Himalaya und deren Auswirkungen auf die Sedimentablagerung ermittelt werden. Dr. Fiona Clubb von der Durham University, UK, und ihre Kollegen verwendeten automatisierte Software, um 1,5 Millionen Messungen über Talböden im Himalaya zur Überwachung von Breitenänderungen durchzuführen.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass die Steilheit des Flussbettes der dominierende Faktor für die Breite des Talbodens ist und eine Schätzung des Gesteinsauftriebs darstellt, wobei ein größerer Auftrieb einen engeren Talboden bedeutet. Der Zeithorizont, über den dies den größten Einfluss hat, liegt jedoch auf geologischen Skalen, die von tektonischen Prozessen gesteuert werden, und nicht auf der erodierenden Wirkung von Flüssen. Die Talverbreiterung tritt daher hauptsächlich auf flachen Talböden durch Sedimentablagerung auf, anstatt auf laterale Erosion des umgebenden Gesteins.

Aus den tausenden Messungen, die durchgeführt wurden, zeigen die Ergebnisse von Dr. Clubb und seinen Kollegen, dass die breitesten Täler in Höhenlagen von weniger als 1.000m auftreten, im Süden der Region in Richtung Meer, und größer als 4.000m sind, was auf frühere Gletscheraktivitäten zurückzuführen ist, die die Berge erodierten.

Das Modell des Forschungsteams von zwei Endzuständen mit hoher und niedriger Sedimenttransportkapazität hatte Gemeinsamkeiten in hohen Raten des Gesteinsauftriebs, was zu steilen Flussbetten und daher zu einer höheren Fließgeschwindigkeit des Flusswassers führt. Folglich würde die erodierende Wirkung des stärkeren Wasserflusses das unterliegende Gestein einschneiden und den Talboden verengen. Eine wichtige Einschränkung besteht darin, dass hohe Auftriebsraten auch lokale Instabilität verursachen können, was zu Erdrutschen führen kann, die Flusskanäle blockieren und die Sedimentablagerung weiter flussaufwärts im Tal verursachen, wodurch dieses verbreitert wird.

Auch die Zusammensetzung des Untergrunds ist ein wichtiger untersuchter Faktor, insbesondere für das Szenario mit hoher Transportkapazität, wobei bestimmte Gesteinslithologien (wie magmaerzeugter Granit und seine hochmetamorphe Form des Gneis, die unter extremen Temperaturen und Druck entstanden ist) möglicherweise schwerer zu erodieren sind und daher den Talboden nicht so stark eingraben, sowie das Auftreten von Erdrutschen beeinflussen.

Gebiete mit signifikanten Störungen oder anfällig für Erdbebenaktivitäten können auch anfällig für höhere Erosionsraten und seitliche Verbreiterung des Tals sein. In diesem speziellen Datensatz gibt es jedoch wenig Variation in der Talbreite in Bezug auf die Entfernung von einer Störung, was darauf hinweist, dass Erosion durch Störungen für die Verbreiterung der Täler im Himalaya nicht signifikant ist.

Trotz der erwarteten Zunahme der Eintiefung des Flussbetts mit steigender Fließgeschwindigkeit des Wassers in Flüssen aus früheren Modellierungen stellte das Team von Dr. Clubb fest, dass diese Korrelation im Himalaya-Gebirge schwach war. Sie fanden auch eine negative Korrelation zwischen Fließgeschwindigkeit des Wassers und Flussbettsteilheit, die unabhängig von der Gesteinslithologie konsistent war.

Darüber hinaus entspricht die niedrigste Auftriebsrate (0,1–0,2 mm/Jahr) den breitesten Tälern und der geringsten Flussbettsteilheit, während hohe Exhumierungsraten von mehr als 2 mm/Jahr schmale Talböden mit steilen Flüssen aufweisen, was das Team auf Tätigkeiten der tektonischen Platten zurückführt.

Durch die Untersuchung von Höhenlage, Flussbettsteilheit, Fließgeschwindigkeit des Wassers, Untergrundgestein und Entfernung zur nächsten Störung im Himalaya wurde gezeigt, dass die Flussbettsteilheit den größten Einfluss hat und die Gesteinslithologie am wenigsten wichtig ist. Höhenlage, Fließgeschwindigkeit des Wassers und Entfernung zur Störung haben ähnliche Auswirkungen auf die Breite des Talbodens, wobei die Höhenlage nur geringfügig vor den beiden anderen Faktoren liegt.

Therefore, high rock uplift rates (reflected by channel steepness) increase the transport capacity of rivers, with the entrained sediment eroding bedrock during peak water flows and incising to narrow the valley floor. Regions of high uplift thus fall into the low transport capacity end member of the model, while slower-uplifting regions are the high-capacity state. For the largest valleys in the Himalayan mountain range, valley fills are suggested to have residence times exceeding 100,000 years before being removed from the system.

This work also considers the effect of human influence on valley systems, such as the building of dams, which can increase valley width upstream, as well as landslides. However, the research team found that tectonic activity still had a greater influence on upstream valley widening than either of these factors.

Journal information: Nature Geoscience

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