14. Verklaring van de geologie van de Alpen: de Autochtone Massieven en het Helvetikum


In dit hoofdstuk worden de autochtone massieven en de nauw ermee verbonden Helvetische dekbladen onder de loep genomen. De Helvetische dekbladen (ook wel 'decken' of ' nappen' genoemd) bestaan uit de oorspronkelijke sedimentsbedekking van de autochtone massieven. Deze massieven zijn opgebouwd uit stukken van de vaste Europese continentrand, die tijdens het ontstaan van de Alpen, zo'n 10 kilometer omhoog zijn geperst.

Dat is gebeurd in het midden Tertiair (Mioceen). Toen werd de Europese continentrand in elkaar gedrukt en opgestuwd. 

De oorzaak van deze tektonische ontwikkeling schuilt in de draaibeweging, tegen de wijzers van de klok in, van Italië (zie figuur 14.1).

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.1. Draaibeweging, tegen de wijzers van de klok in, van Italië in het Mioceen. 

 

Als gevolg van de rotatie van de Italiaanse microplaat wordt de Briancon hoogte in de Europese continent gedrukt. Hierdoor komen, in een brede boog rond deze botsingszone, stukken van de Europese continentale bovenkorst omhoog. Dat zijn de autochtone massieven (Aare, Gotthard, Aiguilles Rouges en Mont Blanc, Belledonne, Pelvoux, Argentera), die in figuur 14.2. donkerrood zijn gekleurd. Ook het (donkergroen gekleurde) Taurenvenster en het links daarvan gelegen Engadin venster (ook donkergroen gekleurd) kunnen als opgestuwde stukken van de Europese continentrand worden beschouwd.

Door het omhoog komen van Europese continentrand gleden de daarop liggende kustsedimenten, voornamelijk kalken, naar het westen en noorden. Tijdens deze 'gravity sliding' vielen de dikke sedimentpakketten in lobben uiteen. Deze schubben werden in bochten gevouwen en schoven dakpansgewijs over elkaar.

Dit geheel van horizontaal verplaatste, geschubde, geplooide en over elkaar heen geschoven kustsedimenten wordt de Helvetische dekbladstapel genoemd. Die vind je in figuur 14.2., legergroen ingekleurd, in een brede boog vanaf Nice tot aan Salzburg. 

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.2. De legergroen gekleurde gebieden vormen de Helvetische afzettingen. Ze zijn van de in rood gekleurde autochtone massieven afkomstig. Toen deze randgebieden van het vaste Europese continent werden opgestuwd, gleed hun sedimentsbedekking naar het westen en noorden. Daarbij vormden zich de Helvetische dekbladen.

Het profiel onder de kaart geeft een doorsnede van de opbouw van de Alpen langs het traject A-B. Hierin is de opstuwing van de Gotthard en Aare massieven (rood) en de daarvan afgegleden sedimenten (legergroen) goed zichtbaar.

 

Figuur 14.3. geeft een dwarsdoorsnede van één van de autochtone massieven, het Aare massief.

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.3. Dwarsdoorsnede van het Aare massief (Links, noordelijk: Frutigen; rechts, zuidelijk: Wallis). 1= Wildhorn nappe; 2 = Gällihorn nappe; 3= Doldenhorn nappe; 1+2+3= Helvetische dekbladen, die uit Mesozoïsche sedimenten zijn opgebouwd; ze zijn vanaf het Aare massief naar het noorden gegleden; 4= graniet intrusie; 5= gneis, bestaande uit metamorfe sedimenten van het Paleozoïcum met lokaal ingevouwen sedimenten uit het Carboon en Perm; 6= graniet intrusie; 4+5+6 = Aare massief; 7= Mesozoïsche sedimenten die aan de zuidkant van het Aare massief zijn gegleden.

Geel = Tertiair; groen=Krijt; blauw=Jura; donkerbruin+ licht paars= Trias

De dubbele horizontale lijn die dwars door het profiel loopt stelt het traject van de Löschberg tunnel voor.

 

Aan figuur 14.3. kunnen drie belangrijke inzichten worden gekoppeld.

Allereerst, dat de Helvetische dekbladen (de nummers 1, 2, 3) oorspronkelijk op het Aare massief (de nummers 4, 5, 6) lagen.

In de tweede plaats, dat de kern van het Aare massief voor een groot deel bestaat uit gneis (nummer 5 in figuur 14.3.). Dit gesteente is opgebouwd uit metamorfe sedimenten van het Paleozoïcum.

Deze vergneising heeft zich aan het eind van het Paleozoïcum voorgedaan. Toen drongen er vanuit de Conraddiscontinuiteitszone enorme magmabellen de bovenkorst binnen. Dit ging gepaard met een sterke verhoging van temperatuur en druk in de aardkorst, waardoor de Paleozoïsche sedimenten werden omgebakken tot gneis.  

De granietlichamen (4 en 6 in figuur 14.3.) zijn het resultaat van de magma injecties vanuit de Conraddiscontinuiteitszone. Deze laat-Paleozoïsche granietplutonen, die we in de Alpen overal in de diepere ondergrond tegenkomen, laten zien, dat de opbouw van de aardkorst aan het eind van het Paleozoïcum fundamenteel verstoord is. Over grote oppervlakten is er toen tussen de continentale bovenkorst en onderkorst een magmalaag geperst. Dit verschijnsel wordt delaminatie genoemd - zie ook de figuren 7.4. en 7.5. en 10.2.

Deze magmalaag heeft het mogelijk gemaakt, dat de 'multiple impact event' aan het einde van het Krijt uiteindelijk resulteerde in de explosie van 'highspeed' platentektoniek in het Tertiair, waarbij de Alpen omhoog kwamen - zie figuur 10.5.

In de derde plaats zien we, dat er tussen de gneislamellen (bij 5 in figuur 14.3.) zich lokaal sedimenten van het Carboon en Perm bevinden. Die bestaan uit erosieproducten (zand, klei, maar vooral conglomeraten) van de vergneisde Paleozoïsche sedimenten.

De aanwezigheid van deze afbraakproducten van het gneis leidt tot een belangrijke conclusie. Namelijk, dat de Mesozoische sedimenten, waaruit de Helvetische dekbladstapel is opgebouwd, pas zijn afgezet, nadat de Paleozoische ondergrond niet alleen was vergneisd, maar ook deels, door verwering en erosie, uiteen was gevallen - zie ook figuur 1.4.

De accumulatie van de Mesozoische sedimenten bovenop de geërodeerde Paleozoische sokkel van gneis en granietintrusies vertegenwoordigt dus een latere, volledig zelfstandige geologische cyclus.

Deze tweede cyclus (waarin de Mesozoische sedimenten worden afgezet) eindigt met het ophoogkomen van de autochtone massieven in het Tertiair (Mioceen). Zoals aangegeven komt hierdoor de Mesozoische sedimentbedekking van de massieven in een glijbeweging terecht. Wat zich daarbij heeft afgespeeld brengen de volgende figuren in beeld.

Figuur 14.4. laat zien, dat aan de noordkant de Helvetische afzettingen over de molasse in het Voorlandbekken zijn geschoven. Deze 'overreden' molasse, die deels ook in schubben is geplooid, wordt de subalpine molasse genoemd.

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.4. Doorsnede door het molasse bekken in de Centrale Alpen. In het linker deel van de doorsnede ligt boven op de autochtone afzettingen van het Trias (zwart) en Jura (vertikaal gestreept) het molasse bekken. Vanaf de boortoren, rechts van het midden, is de molasse in schubben opgestuwd door de Helvetische dekbladen, die in het rechter deel van de doorsnede van de autochtone massieven (oppervlak met kruisjes) zijn afgegleden.

 

Figuur 14.5. reconstrueert schematisch de afschuiving van de Helvetische sedimenten van de opgestuwde Europese continentrand. Door deze afschuiving ontstond de Helvetische dekbladstapel.

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.5. De drie schematische doorsneden laten zien, hoe de vaste Europese continentrand tijdens de Alpiene gebergtevorming in elkaar is geperst. Daarbij wordt de continentale korst opgestuwd, schuiven de sedimentlagen over elkaar en komen uiteindelijk dakpansgewijs gestapeld aan de voorkant van de in elkaar gedrukte continentrand te liggen. Deze voorstelling is uiteraard sterk schematisch en versimpeld. Dit laatste in twee opzichten. Allereerst: de strakke driedeling in kalk, mergel en klei zones kent in werkelijkheid veel meer variatie; daarnaast zullen we in het volgende hoofdstuk zien, dat er op de stapel kalk, mergel en klei lagen nog andere sedimenten hebben gelegen. Die zijn nog verder doorgegleden en dus in het profiel links van het Helvetische dekkenpakket terecht gekomen - zie figuur 15.7. 

 

De anatomie van het Helvetisch dekbladpakket wordt in onderstaande figuren geillustreerd. Die hebben betrekking op de geologische situatie ten zuiden van het dorp Kandersteg in Berner Oberland, Zwitserland.

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.6. De blikrichting is zuidwaarts; het oosten ligt dus links. We zien van het oosten naar het westen kijkend, drie rijen bergen liggen: helemaal links de Balmhorn, Altels, Rinderhorn, Daubenhorn; rechts daarvan ligt een bergkam die van de Gällihorn via Schwarzgrätli doorloopt naar Roter Tolz; helemaal rechts ligt nog een bergketen, die te volgen is van de Kleine Lohner tot aan de Wildstrubel. Deze drie bergformaties corresponderen met de drie dekbladen in figuur 14.5 C, alleen dan in spiegelbeeld, want in de getekende doorsnede ligt het oosten rechts.

 

De drie dekbladen, waaruit het Helvetikum bestaat, worden officieel de Doldenhorn nappe, de Gällihorn nappe en de Wildhorn nappe genoemd.

De foto in figuur 14.7. is vanaf Kandersteg genomen; het oosten ligt links. De triologie van dekbladen is duidelijk zichtbaar: links de Altels met daar vlak achter de Balmhorn en op de voorgrond uitlopers van de Doldenhorn, allemaal onderdelen van de Doldenhorn nappe; in het midden de Gällihorn, naamgever van de gelijknamige nappe; rechts de Stand, deel van de Wildhorn nappe.

Dat de Wildhorn nappe op de foto veel hoger is dan de Gällihorn nappe komt, omdat deze nappe hier een verdubbeling heeft ondergaan: er zijn twee delen van deze nappe over elkaar geschoven.

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.7. Drie Helvetische dekbladen ten zuiden van Kandersteg: van links naar recht: Doldenhorn nappe, Gällihorn nappe, Wildhorn nappe.

Het schema onder de foto geeft een reconstructie van de overschuivingsprocessen die deze dekbladstapel hebben gevormd. Eerst werd het Aare massief opgestuwd. Als gevolg daarvan gleed de sedimentsbedekking van dit stuk van de Europese continentale korst, in de vorm van de Gällihorn en Wildhorn nappen, over het met mariene sedimenten bedekte Gasterngraniet. Toen deze granietplutoon vervolgens omhoog kwam klapte haar sedimentsbedekking naar het westen toe om (zie figuur 14.8.). Zo ontstond de Doldenhorn nappe. Tijdens de plooiing van de Doldenhorn nappe schoven de Gallihorn en Wildhorn nappen van de Doldenhorn nappe af en kwamen ten westen ervan te liggen.

 

De volgende figuur laat zien, hoe de sedimentsbedekking van het Gaterngraniet is omgeklapt toen deze granietplutoon omhoog kwam.

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.8. De blikrichting is naar het noorden. Link van het midden ligt de Doldenhorn. Daarachter, in het verlengde van de Doldenhorn, ligt Blumisalp. Rechts zie je het omhoog gekomen Gasterngraniet. De ingetekende lijnen laten zien, dat de sedimenten van de Doldenhorn nappe in een liggende plooi zijn gevouwen. Deze vervorming toont aan, dat de sedimentbedekking van het Gasterngraniet tijdens het oprijzen van deze granietplutoon eerst vertikaal is gesteld en vervolgens naar het westen toe is omgeklapt. Deze volgorde van gebeurtenissen wordt in onderstaande schema gevisualiseerd. 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.7. brengt in beeld, dat op de rug van deze omgeklapte sedimentbedekking van het Gasterngraniet de Gällihorn en Wildhorn nappen naar het westen werden getransporteerd.

 

Figuur 14.9. geeft een beeld van het dal tussen de Altels (links) en de Gällihorn nappe (rechts). Figuur 14.6. toont de positie van deze bergen in het landschap ten zuiden van Kandersteg. 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.9. Dal tussen Altels(l) en Gällihorn nappe. De Altels maakt deel uit van de Doldenhorn nappe. De Gällihorn is van links (oosten) over de kalkpakketten van de Altels geschoven.

 

Het profiel in figuur 14.10. geeft informatie over de geologische opbouw van de Rinderhorn en het aangrenzende dal. Figuur 14.6 maakt duidelijk dat de Rinderhorn ten zuiden ligt van de Altels. Net als de Balmhorn horen de Altels en de Rinderhorn tot de Doldenhorn nappe. Dit dekblad is tijdens het omhoog komen van het Gasterngraniet naar het westen gegleden. De volgende geologische doorsnede maakt nog eens duidelijk hoe dat is gebeurd.

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.10. Het profiel maakt de relatie zichtbaar tussen het ontstaan van de Rinderhorn en het omhoog komen van het Gasterngraniet en het Aare massief. Merk op: in deze doorsnede ligt het oosten rechts, terwijl in figuur 14.9. het oosten links ligt. Het dal tussen de Altels en de Gällihorn nappe uit figuur 14.9. ligt links in het profiel. Uiterst links bevindt zich de voet van de Gällhorn nappe.

 

In de doorsnede ligt het oosten nu rechts. We zien, dat de Rinderhorn bestaat uit sedimenten van het Trias, Jura en Krijt. Alleen liggen deze afzettingen niet boven elkaar, maar naast elkaar: links ligt het Krijt dat naar rechts toe overgaat in het Jura en het Trias. Dit betekent, dat dit pakket sedimenten naar het westen toe 90 graden is gekanteld en vervolgens onder z'n eigen gewicht in elkaar is gezakt, waardoor zich boven elkaar drie liggende plooien hebben ontwikkeld.

De rechterkant van het profiel geeft inzicht in de oorzaak van deze kanteling: het omhoogkomen van het Gasterngraniet, een uitloper van het Aare massief dat helemaal rechts in de figuur zichtbaar is.

Het dal in figuur 14.9. tussen de Rinderhorn en de Gällihorn nappe, ligt helemaal links in het profiel van figuur 14.10. Uit de geologische opbouw is de oorzaak van deze dalvorming af te leiden: de aardlagen bestaan hier uit zachte, makkelijk erodeerbare mergels van het Onder Krijt.

De foto in figuur 14.11. is genomen vanaf de Gemmi pas. Deze populaire doorgang van Wallis naar Berner Oberland bevindt zich in figuur 14.6. in het midden bovenin. Aan het eind van het gletsjerdal ligt de Steghorn. Deze berg, onderdeel van de Wildhorn nappe, staat ook aangegeven in figuur 14.6. De blikrichting in figuur 14.11. is naar het westen.

Het geologisch profiel in figuur 14.12. geeft de samenstelling van de aardlagen van af de Gemmi pas tot de Steghorn weer. Het gaat hier dan om de opbouw van de drie Helvetische nappen: links de Wildhorn nappe, in het midden de Gällihorn nappe, en rechts de Doldenhorn nappe.

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.11. Zicht op de Steghorn vanaf de Gemmipas (voorgrond). Een gletsjer is hier, vanaf het westen (Steghorn) naar het oosten stromend, dwars door de Gällihorn nappe (kom in het midden) gebroken.

 

Klik op de afbeelding om te vergroten.

Figuur 14.12.  De samenstelling van de aardlagen van de drie Helvetische nappes vanaf de Steghorn tot de Gemmipas. In de Wildhorn nappe is de verdubbeling van de aardlagen zichtbaar in de vorm van twee liggende plooien, die als 'paperclips' boven elkaar liggen. Ook zien we dat de kleien overheersen en dat de kalklagen weinig ontwikkeld zijn, wat aangeeft, dat deze aardlagen verder uit de kust zijn afgezet. In de Gällihorn (Gellihorn) nappe zijn de kalklagen al beter ontwikkeld, wat wijst op grotere kustnabijheid. Aan de basis van de Gällihorn nappe ontbreken de (Quinten) kalken. Die zijn tijdens het transport geërodeerd. In de Doldenhorn nappe zijn de kleien onderontwikkeld en de kalken zeer dominant, wat wijst op afzetting in ondiep kustwater.

 

In hoofdstuk 18 wordt uitgelegd, dat de Helvetische nappe vorming een uiterst explosieve, catastrofale gebeurtenis moet zijn geweest. Ook komt in dit hoofdstuk nog een andere stijl van nappevorming aan de orde. Hierbij wordt een pakket aardlagen eerst kilometers horizontaal verplaatst, waarna het bovenste deel, de Krijt en Tertiair afzettingen, zich van de onderliggende Jura en Trias lagen losmaakt en nog kilometers verder doorschuift. 

In het volgende hoofdstuk wordt de vorming van het Penninikum besproken. Deze tektonische eenheid bestaat uit drie naast elkaar gelegen zones: de Wallis trog, de Briancon hoogte en het Piedmont bekken.