Ein überlaufender See schuf die Wunderwelt des Grand Canyon

Das Überlaufen eines urzeitlichen Sees könne einer Analyse zufolge die entscheidende Grundlage für die Entstehung des Grand Canyon gewesen sein. Neue Daten stützten diese Überlaufhypothese, berichtet jetzt ein Forscherteam im Fachjournal „Science“.

Geologischen Analysen zufolge existierte der Colorado River bereits vor etwa elf Millionen Jahren im heutigen westlichen Colorado. Seinen heutigen Weg durch die Region schlug er aber erst vor etwa 5,6 Millionen Jahren ein, wie Forscher um John He von der University of California in Los Angeles berichten. Entscheidender Faktor sei den neuen Daten zufolge vor allem das Überlaufen eines gigantischen urzeitlichen Sees gewesen.

450 Kilometer lang, 1,6 Kilometer tief

Der Grand Canyon ist eine der berühmtesten Schluchten der Erde. Der vom Colorado River durchflossene, von steilen Felswänden gesäumte Canyon ist knapp 450 Kilometer lang und bis zu 1,6 Kilometer tief. Doch wie diese gewaltige Kerbe im Norden des US-Bundesstaats Arizona entstand, darüber streiten Geologen seit rund 150 Jahren.

Bisher wusste man, dass der heutige Grand Canyon ein Puzzle aus unterschiedlich alten Abschnitten ist. Einige entstanden schon vor rund 55 Millionen Jahre durch tektonische Prozesse, andere wurden dagegen erst vor knapp sechs Millionen Jahren vom Colorado River durchströmt und eingekerbt.

Wie überwand der Colorado die Kaibab-Barriere?

Um in den Grand Canyon zu fließen, musste der Colorado River allerdings eine gigantische geologische Barriere überwinden – den Kaibab Arch. Wie der Fluss dieses Hochplateau – das zum weit größeren Colorado-Plateau gehört – zwischen seinem alten Flussbett und dem Grand Canyon-System überwand, ist unklar.

„Hypothesen dazu, wie der Fluss den Arch überquerte, reichen von Grundwasserverbindungen und Karströhren über Erosion bis zum Überlaufen eines Paläosees“, erklären John He von der University of California in Los Angeles und seine Kollegen.

Ursprung des Grand Canyon

Um mehr Klarheit zu schaffen, untersuchten die Forscher die Paläosee-Hypothese genauer. Dafür sammelten sie Gesteinsproben aus den Ablagerungen des Bidahochi Lake – eines südöstlich des Grand Canyons gelegenen Sees, der bereits vor 6,6 Millionen Jahren mit dem ursprünglichen Colorado River verbunden war noch existierte, seitdem aber verschwunden ist.

Die Geologen nutzten Uran-Blei-Datierungen von Zirkonkristallen aus Vulkanasche-Schichten und Sandstein, um das Alter und die Herkunft von Sedimenten entlang des Colorado-Flusslaufs zu bestimmen. Die Daten deuten demnach auf eine gemeinsame Sedimentquelle hin zwischen See und Fluss hin.

Kaibab-Plateau lief über und wurde eingeschnitten

Kombiniert mit weiteren geologischen Hinweisen schließen die Wissenschaftler daraus, dass das Wasser des Flusses über Hunderttausende bis mehr als eine Million Jahre lang in das einstige Becken floss und es allmählich füllte. Der Bidahochi-See stieg demnach so hoch, dass er das Kaibab-Plateau überlief und es einschnitt.

Quer über das Plateau strömten die Wassermassen weiter in die Canyon-Region und erzeugten einen Fluss mit sehr starkem Gefälle, der sich immer tiefer in das Gestein einschnitt.

Daher ist unklar, wie groß dieser See war, welche Flüsse ihn einst speisten und warum er verschwand. Die Geologen analysierten tausende Zirkonkristalle aus den Proben, um Alter und Herkunft der urzeitlichen Seesedimente zu ermitteln.

„Zirkone sind wie kleine Zeitkapseln: Indem wir ihr Alter und ihre geochemische Signatur bestimmen, können wir herausfinden, wo das von einem Fluss transportierte Sediment ursprünglich herkam“, erläutert He.

Colorado River erreicht Paläosee

Die Analysen zeigte, dass viele Sedimentkörnchen im Bidahochi-Paläosee aus einem Gebiet stammen, das im Oberlauf des Colorado River liegt. Sie müssen demnach von diesem Fluss in den See geschwemmt worden sein.

Die Datierung der Körnchen ergab, dass der Colorado River das Bidahochi-Gebiet etwa vor 6,6 Millionen Jahren erreichte, kurz bevor der Fluss die Kaibab-Barriere überwand und in den Grand Canyon einströmte.

„Zur gleichen Zeit zeigt sich ein Anstieg der Ablagerungsrate um eine Größenordnung, eine Veränderung der Strontium-Isotope in Karbonaten und weitere sedimentologische Veränderungen“, berichten die Geologen. Der Colorado River schwemmte damals damals gewaltige Wassermassen in den Bidahochi-See.

Wasserspiegel stieg um 500 Meter an

Dafür sprechen auch die Spuren, die der See an seinen Rändern hinterlassen hat: Sie zeigen, dass der Wasserspiegel kurz nach Einmündung des Colorado um fast 500 Meter anstieg.

Dies reichte, um den See und mit ihm den Colorado River vor rund sechs Millionen Jahren über die Kaibab-Barriere treten zu lassen und so die Verbindung zwischen Fluss und Grand Canyon herzustellen, wie He und seine Kollegen erklären.

„In mancher Hinsicht markiert dieses Ereignis die Geburt des Colorado River, wie wir ihn heute kennen“, konstatiert He. „Das gesamte Ökosystem dieses Gebiets änderte sich wahrscheinlich, als der Fluss in den Grand Canyon strömte.“ Die nun in die Senke einströmenden Wassermassen kerbten die Schlucht nun immer tiefer ein und schufen damit den Grand Canyon in seiner heute sichtbaren Form.

Für den Bidahochi-See könnte dieses Ereignis hingegen den Anfang vom Ende gewesen sein. Weil der Colorado nun seitlich am See vorbeiströmen konnte, verlor der See seine wichtigste Wasserquelle und begann zu verlanden.

Macht des Wassers: Als das Mittelmeer entstand

Die Macht von Wasser zeigt sich in vielen Regionen der Erde. Das Mittelmeer zum Beispiel trocknete einst weitgehend aus, weil es vom Atlantik abgeschnitten wurde. Noch heute zeugt eine kilometerdicke Salzschicht unter dem Meer vom Zustand vor 5,5 Millionen Jahren: Rund eine Million Kubikkilometer Salz sammelten sich an, wie ein Forschungsteam 2024 in „Science“ berichtete.

In seinem Buch „Urwelten“ hat der Paläontologe Thomas Halliday beschrieben, wie sich Forscher den Ablauf der Geschehnisse vorstellen. Im Mittelmeergebiet seien Inseln zu Gebirgen geworden, als das Wasser schwand, heißt es darin. Vier Kilometer unter dem Meeresspiegel liegende Täler seien entstanden – das am tiefsten liegende Land der Welt.

Gewaltigster Wasserfall der Erdgeschichte

Das Wasser des Atlantik sei dann zunächst wieder ins westliche Becken geschossen. Später füllte sich auch der östliche Teil – womöglich über den „gewaltigsten Wasserfall, den die Erde je gesehen hat“. 1500 Meter sei er wohl hoch gewesen, ist in Hallidays Buch zu lesen.

Das Wasser könne mit einer Geschwindigkeit von fast 250 Kilometern pro Stunde über den Steilhang geschossen sein und sich zum großen Teil in Nebel verwandelt haben, bevor es den Grund erreichte.

„Trotz dieser fortgesetzten Sintflut, die das östliche Mittelmeer alle zweieinhalb Stunden um einen Meter hebt, wird es mehr als ein Jahr dauern, bis das östliche Mittelmeer gefüllt ist, bis Malta, Gozo und Sizilien endgültig von Afrika und Italien abgeschnitten sind und Gargano wieder eine Insel wird“, heißt es weiter.

Auch heute noch gibt es nur einen Durchlass vom Atlantik zum Mittelmeer: die Straße von Gibraltar. Die nur wenige Kilometer breite Rinne lässt frisches Wasser aus dem Atlantik ins salzhaltigere Mittelmeer strömen.