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sämtlichen Gebirge der Erde in bestimmte Hebungssysteme verschiedenen Alters einordnete und in der örtlichen Verteilung dieser Systeme eine gesetzmäßige Verteilung nach größten Kreisen der Erdkugel nachweisen zu können glaubte. Neuerdings hat die gewöhnlich an Heims Namen geknüpfte, aber auch von andern (so namentlich von Süß, Favre, Lory) mit sehr wesentlichen Beobachtungen und Abstraktionen gestützte Hypothese, welche sich zunächst auf den Mechanismus der Bildung der Alpen [* 2] bezieht, aber auch auf alle übrigen Kettengebirge ausgedehnt worden ist, die meiste Popularität errungen.
Für die Oberflächengestaltung der Alpen kam Heim zu der Annahme, daß dieselbe vorwiegend ein Resultat der von außen einwirkenden Abspülung, Erosion, [* 3] ist. Der innere Bau und Risse, welche mit der ursprünglichen Bildung des Gebirges zusammenhängen, üben keinen oder nur wenig Einfluß aus, und ebenso ist die Mitwirkung der Gletscher bei der Hervorbringung der heute vorliegenden Kontur eine minimale gewesen. Dagegen ist die Menge des weggeführten Materials eine ganz außerordentliche und kann auf die Hälfte der Gesamtmasse geschätzt werden, welche ehemals die Alpen bildete.
Der innere Bau, zunächst der Alpen, dann auch andrer Kettengebirge, ist charakterisiert durch die gewaltigen Lagerungsstörungen, und da diese Biegungen, Überkippungen, Faltenbildungen ebenso wie die Transversalschieferung und Formveränderungen von Petrefakten [* 4] (gestreckten Belemniten, [* 5] elliptisch verzogenen Ammoniten) [* 6] nur in Gebirgen und zwar einigermaßen häufiger bloß in Kettengebirgen vorkommen, so ist man berechtigt, alle diese Erscheinungen als Produkte der gebirgsbildenden Kräfte selbst zu betrachten.
Bezeichnet man die Gesamtheit dieser Erscheinungen als Umformung der Gesteine, [* 7] so ergibt sich, daß sich solche Umformung teils mit, teils ohne Bruch vollziehen kann. Im erstern Fall treten Verwerfungen, Risse, Rutschflächen, Zertrümmerungen bis zur Breccienbildung und im Gefolge Aderbildung, Verkittung der Trümmer in veränderter gegenseitiger Stellung auf, im letztern Fall die Schichtenstörung ohne Zerreißung, die Transversalschieferung, Streckung etc. Dabei verbietet alles, was die Erfahrung über die Erhärtung des Gesteinsmaterials lehrt, anzunehmen, daß eine der beiden Umformungen sich am noch weichen Material vollzogen hätte, und auch die Umformung ohne Bruch muß sich am harten, selbst sprödesten Material abgespielt haben.
Die Beobachtung lehrt ferner, daß von der letztern Umformung die verschiedenartigsten Gesteine betroffen wurden, daß dasselbe Gestein der Umformung mit und ohne Bruch unterlegen sein kann, daß sich dagegen die Andeutungen einer bruchlosen Umformung mit der Tiefe unter der heutigen Gebirgsoberfläche mehren und sich der ganze Prozeß nur in sehr bedeutender Tiefe unter der ursprünglichen Gebirgsoberfläche abspielen konnte. So kommt Heim zu dem Kardinalsatz: »In einer gewissen Tiefe unter der Erdoberfläche sind die Gesteine weit über ihre Festigkeit [* 8] hinaus belastet. Dieser Druck pflanzt sich nach allen Richtungen fort, so daß ein allgemeiner, dem hydrostatischen Druck entsprechender Gebirgsdruck allseitig auf die Gesteinsteilchen einwirkt. Dadurch sind dort die sprödesten Gesteine in einen 'latent plastischen' Zustand versetzt. Tritt eine Gleichgewichtsstörung durch eine neue Kraft [* 9] (den gebirgsbildenden Horizontalschub) hinzu, so erfolgt die mechanische Umformung in dieser Tiefe ohne Bruch, in zu geringen Tiefen bei den sprödern Materialien aber mit Bruch.«
Auf den »gebirgsbildenden Horizontalschub« läßt sich nun die Hebung [* 10] der Alpen ganz allgemein, übereinstimmend für die Zentralmassive und für die dieselben flankierenden Sedimente, zurückführen, eine Übereinstimmung des Bildungsmodus, welche eine gegenteilige Ansicht (Studer), die in den zentralen Massiven erumpiertes, die Aufrichtung des Mantels verursachendes Material erblickt, nicht zu erklären vermag. Gegen die letztere Ansicht spricht vor allem, daß die betreffenden Eruptivgesteine älter sind als die Faltenbildung; beteiligen sich doch an der Zusammensetzung der Falten die Sedimente jeden Alters herab bis zum Tertiär in untereinander konkordanter Lagerung.
Ferner läßt sich die innere Struktur auch der Zentralmassen auf Faltenbau zurückführen. So finden sich im Simplon, Monte Rosa noch vollkommen erhaltene Gewölbe [* 11] mit auf der Höhe flach liegenden Schiefern, während die Dachstruktur (Tauern) ein Gewölbe darstellt, dessen Biegung abgewittert ist. Parallelstruktur (Aiguilles rouges) entsteht durch Falten, deren Schenkel bis zur parallelen Stellung zusammengepreßt sind, während die Wölbung entfernt ist, und die Fächer [* 12] (Gotthard, Montblanc) sind übergebogene Faltenschenkel wiederum mit abgewitterter Gewölbebiegung. Aber nicht nur der Art, sondern auch der Zeit der Bildung nach fällt die Entstehung der Umformung der Massive mit der der Sedimente zusammen und gehört, wie diese, der jungtertiären Periode an.
[* 1] ^[Abb.: Schematische Darstellung der Gebirgsbildung nach Heim.] ¶
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Während demnach vulkanische und Kuppengebirge durch Neubildungen von Gesteinsmaterial entstehen, türmen sich Massengebirge und Kettengebirge durch eine Ortsveränderung schon vorhandener Gesteine auf. Bei Kuppengebirgen ist der Berg das erste, und Berg zum Berge gefügt ergibt das Gebirge; bei Kettengebirgen ist das Gebirge als geschlossenes Ganze das erste, die einzelnen Berge das spätere Resultat einer gliedernden Verwitterung. Glättet man in Gedanken die Falten eines Kettengebirges aus, so muß man das Plus der Erdkruste erhalten, dessen Zusammenschiebung die Bildung des Gebirges veranlaßte.
Für den Jura beträgt diese Horizontalverrückung etwa 5000-5300 m, für die Alpen annähernd 120,000 m. Da der heutige Erdumfang 40,023,512 m beträgt, so müßte derselbe vor der Bildung der Alpen 40,143,512 m betragen haben, d. h. er hätte sich um das 0,003fache oder um nicht ganz ⅓ Proz. verkleinert. Die Kehrseite der Aufwerfung einzelner Teile der Erdkruste zu gebirgsbildenden Falten würde das Einsinken der Erdkruste an andern Stellen sein, die Bildung von Meeresbecken. Am einfachsten endlich würde die Verringerung des Erdvolumens durch die Annahme einer fortschreitenden Abkühlung des Erdkerns erklärt, da das als eruptiv austretende Material seiner Menge nach nicht entfernt hinreichen würde, das Erdinnere und hiermit den Erdumfang um eine so bedeutende Größe zu verringern, als nach dem Faltenverlauf für die Bildung des einzigen Alpengebirges notwendig ist.
Die nebenstehende Abbildung (S. 972) soll zu einer rein schematischen Darstellung der Ansichten Heims dienen. Zwischen der Horizontallinie und der Kontur des Gebirges spielt sich das direkt Beobachtbare ab, während die Falten in ihrem unzugänglichen Teil nach unten, in ihrem abgewitterten Teil nach oben durch punktierte Linien angedeutet sind. Der zentrale Teil A zeigt das Zustandekommen der für die alpinen Massive charakteristischen Fächerstellung der Schichten, R ein System überstürzter Falten, C die Beteiligung jüngerer Schichten, deren Fortsetzung außerhalb des Bildes fällt, während die zur Darstellung gekommene Partie derselben eine durch die Erosion vollkommen isolierte Masse bildet.
Denkt man sich das Band [* 14] der im Bild fixierten Schichten zuerst eben ausgebreitet, das älteste Material zu unterst, das jüngste zu oberst und alle Schichten im ungetrennten Zusammenhang, läßt man dann dieses Band durch »Horizontalschub« sich stauen, wobei die Faltungen in immer noch ungetrübtem Zusammenhang (punktierte Linien) anzunehmen sind, und läßt man endlich durch Erosion die Bergkonturen entstehen, welche das Bild wiedergibt, so hat man die drei Akte, in welche nach Heim der Mechanismus der Gebirgsbildung zerfällt.
Die Einwände, welche gegen Heims Hypothese erhoben worden sind (Stapff, Pfaff, Gümbel u. a.), wenden sich in erster Linie gegen die Voraussetzung eines »latent plastischen Zustandes« der Gesteine bei großer Belastung. So weist Stapff, der Geolog-Ingenieur der Gotthardbahn, darauf hin, daß, wenn Heim für das Eintreten der latenten Plastizität eine Belastung annimmt, welche einer Mächtigkeit von 2000 m überlagernder Schichten entspricht, durch den Gotthardtunnel Tiefen erreicht worden sind (1555 und 1646 m), die hinter der nach Heims Hypothese für das Plastischwerden der Gesteine geforderten nur wenig zurückbleiben.
Trotz dieser Annäherung aber deuten keine Erscheinungen an den Gesteinen in diesen Tiefen auf eine besondere Beschaffenheit hin, die, um ein Weniges gesteigert, etwa als latente Plastizität auszudeuten wäre. Es treten vielmehr an solchen Punkten größter Belastung offene Kristalldrusen und klaffende Wasserspalten auf; wenn anders die Gesteine nur gesund sind, kann in solcher Tiefe der Tunnel [* 15] unvermauert bleiben, ohne ein Eindrücken befürchten zu müssen, und die bekannte Druckstelle des Tunnels liegt nicht etwa unter den höchsten Bergen, [* 16] sondern an einem Punkt, welcher von nur 304 m mächtigen Schichten überlagert wird.
Zudem müßten, die Existenz der von Heim angenommenen Plastizität zugegeben, nach Stapff die Gebirge durch breiartiges Ausweichen ihrer Unterlagen verschwinden. Auch haben Experimente ergeben, daß bei sehr hoher Belastung weit über einen von Heim als Eintrittspunkt der »latenten Plastizität« angenommenen Druck die härtesten Gesteine eben nur zertrümmert werden, nicht aber in einen plastischen Zustand übergehen, und es stimmt damit die Beobachtung, daß sich unter dem Mikroskop [* 17] bei gebogenen Schichten mikroskopische Risse, durch infiltriertes Material später ausgefüllt, nachweisen ließen (Gümbel), welche, übereinstimmend nach einer Seite hin sich keilartig verbreiternd, nicht sowohl eine Biegung der Schichten als vielmehr eine sprungweise Zertrümmerung hervorbringen, welche im Groben allerdings den Eindruck einer Biegung hervorrufen kann.
Trotz aller dieser Einwände bleibt Heims Hypothese, nach welcher sich die in genetischer Beziehung als Faltungsgebirge und als Aufschüttungsgebirge unterscheiden lassen, wenigstens für den Augenblick die beste, vielleicht unter Aufgabe der Annahme einer »latenten Plastizität« und nur der Unterscheidung einer groben, auch makroskopisch sichtbaren Zertrümmerung der Gesteine (Verwerfung) und einer im Kleinsten gleichförmig verlaufenden, welche, nur mikroskopisch nachweisbar, dem makroskopischen Befund nach Biegung genannt werden kann. Nicht die geringste Stärke [* 18] der Hypothese liegt auch in dem Umstand, daß sie der Gebirgsbildung den Charakter des einmaligen, epochenartig verlaufenden Gewaltaktes benimmt, sie vielmehr als einen sich ununterbrochen über große geologische Perioden verbreitenden Akt darstellt, an welchem auch die gegenwärtige geologische Periode beteiligt ist, wie dies die Natur gewisser Erdbeben [* 19] (der tektonischen) wahrscheinlich macht.
Vgl. Cotta, Der innere Bau der Gebirge (Freiberg [* 20] 1851);
Derselbe, Geologische Fragen (das. 1858);
Süß, Entstehung der Alpen (Wien [* 21] 1875);
Müller, Der Gebirgsbau des Gotthard (das. 1875);
Heim, Untersuchungen über den Mechanismus der Gebirgsbildung im Anschluß an die geologische Monographie der Tödi-Windgellengruppe (Basel [* 22] 1878, 2 Bde. mit Atlas); [* 23]
Stapff, Zur Mechanik der Schichtenfaltung (Stuttg. 1880);
Pfaff, Mechanismus der Gebirgsbildung (Heidelb. 1880).