Abb. 3.4: a) Symmetrisches und b) asymmetrisches Modell für die Entstehung eines Grabenbruchs. Als „Moho“ (Moho rovic ˇi´c-Fläche) wird die Grenzfläche zwischen Kruste und Mantel bezeichnet.

      Weitere wichtige Lagerstätten in kontinentalen Gräben stellen Erdöl- und Erdgasvorkommen dar. Die behinderte Wasserzirkulation in einem schmalen Graben meer führt dazu, dass am Meeresboden durch die Bodenbewohner der freie Sauerstoff weitgehend oder vollständig verbraucht wird. In der Sedimentsäule fehlt dann der Sauerstoff zur Verwesung und vollständigen Zersetzung der abgestorbenen Organismen. Es kommt zur Anreicherung von organischer Substanz in den Sedimenten, die dadurch eine dunkelgraue oder schwarze Farbe erhalten. Durch Versenkung dieser Faulschlämme infolge von Überlagerung durch jüngere Sedimente gelangen sie schließlich in das sogenannte Erdölfenster, einen Temperaturbereich zwischen etwa 80 und 170 °C, in dem sich über komplizierte Reaktionsreihen Erdöl aus der organischen Substanz bildet. Bei Temperaturen über ca. 150 °C bilden sich Gaslagerstätten. Ein Beispiel für Faulschlamm-Sedimente, die in einem abgeschnürten Becken entstanden sind, bieten die Ölschiefer von Messel, die im Eozän am Rand des sich einsenkenden Oberrheingrabens in einem Maar-Trichter (einer vulkanischen Durchschlagsröhre) entstanden sind. Durch die Versiegelung durch überlagernde Sedimente des Maarsees wurde das Schichtpaket vor der Erosion bewahrt. In den Faulschlämmen blieben Fossilien sehr gut erhalten. Die Fossil-Lagerstätte von Messel stellt heute ein einzigartiges Denkmal von weltweiter Bedeutung für die Erforschung des Lebens im Eozän dar.

Vulkanismus in Gräben

      Die magmatischen Gesteine, die sich in Grabenbruchsystemen bilden, sind typischerweise alkalisch, d. h., sie weisen einen Überschuss an Alkalien (Na₂O, K₂O) relativ zum Kieselsäuregehalt (SiO₂) oder Tonerdegehalt (Al₂O₃) auf. Oft sagt man auch nur, dass sie an Kieselsäure (gegenüber Alkalien) untersättigt sind, was für die meisten, aber nicht für alle alkalischen Gesteine zutrifft. Alkalischer Charakter ist typisch für Magmen, die primär durch geringe Schmelzanteile im Erdmantel entstehen (siehe Kap. 6, 7). Teilweise treten in Grabenbruchsystemen aber auch tholeiit-basaltische Magmen auf, die auf größere Schmelzanteile im Mantel zurückgehen. Dies ist dann der Fall, wenn die Dehnung der Lithosphäre besonders groß ist oder Heiße Flecken ein Rift markieren und dadurch Aufstieg und Aufschmelzung der Mantelgesteine erhöht werden (Kap. 6). Vermutlich entstehen alkalische Basalte durch Teilschmelzung von weniger als 10 % im lithosphärischen Mantel [Wilson 1989]. Tholeiitische Basalte hingegen werden durch stärkere Aufschmelzung (meist über 15 %) aus der Asthenosphäre gewonnen, der auch die tholeiitischen Basalte der Mittelozeanischen Rücken entstammen (Kap. 5). Bei starker Dehnung der Lithosphäre, die mit verstärktem Aufstieg von Asthenosphärenmaterial und größeren Schmelzbildungen einhergeht, gewinnen daher die tholeiitischen Basalte immer mehr an Bedeutung. Die verschiedenen Basalte unterscheiden sich vor allem in ihrem Chemismus, worauf in Kapitel 5 näher eingegangen wird.

      In einigen Grabenbrüchen (z. B. den ostafrikanischen Gräben oder dem Rio-Grande-Rift) nimmt die Alkalinität der Gesteinsschmelzen von der Grabenachse zu den Rändern hin zu. Dies deutet darauf hin, dass die Schmelzbildung unter der Grabenachse am stärksten ist. Andere Grabenbruchsysteme zeigen eine Abnahme der Alkalinität mit der Zeit (Kenia-Graben und der permische Oslo-Graben). Dies zeigt zunehmende Dehnung und Schmelzbildung während der Entwicklung des Grabenbruchsystems an. Im Ostafrikanischen Grabenbruchsystem beobachtet man zudem einen Umschlag von alkalischen Basalten in Kenia zu tholeiitischen Basalten in Äthiopien. Die Dehnungsrate nimmt hier von Süden nach Norden deutlich zu (siehe unten).