Allgemeine Geologie (gesamte Vorlesung)

transcript

Vorlesung Allgemeine Geologie

Sommer-Semester 2005Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00 Uhr

Hörsaal 06.03

Prof. Dr. Eckart Wallbrecher

Lehrbücher der Allgemeinen Geologie

2) Press & Siever (2001)Allgemeine Geologie, Einführung in das System Erde (3. Auflage)

Spektrum Akademischer Verlag1

Stellung der Geologie in den NaturwissenschaftenNachbar- und Hilfswissenschaften:Physik Chemie Biologie Astronomie MathematikDynamik, Stoffum- Fossilien Frühzeit der Quantifizie-Kinematik wandlungen Sedimen- Erde rung, Atomphysik tation Modelle

Nachbar- und Hilfswissenschaften:Physik Chemie Biologie Astronomie MathematikDynamik, Stoffum- Fossilien Frühzeit der Quantifizie-Kinematik wandlungen Sedimen- Erde rung, Atomphysik tation Modelle

Erdwissenschaften:feste Erde Atmosphäre HydrosphäreGeologie Meteorologie OzeanographieGeophysikGeochemiePaläontologiePetrologieMineralogieGeomorphologie

Geologie:

Verschiedene Forschungsansätze:1) genetisch,

historisch Historische Geologie

2) kausalanalytisch Allgemeine Geologie

Verschiedene Forschungsansätze:1) genetisch,

historisch Historische Geologie

2) kausalanalytisch Allgemeine Geologie

Allgemeine Geologie

Forschungsziel:Verstehen der geodynamischen Prozesse

Herkunft der Kräfte:

Aus dem Erdinneren Endogene Prozessez.B. Wärmehaushalt, WärmetransportGeotektonik (Plattenbewegungen)Gebirgsbildung

Von außen (von der Sonne) Exogene Prozessez.B. Verwitterung, Sedimentation

Forschungsziel:Verstehen der geodynamischen Prozesse

Herkunft der Kräfte:

Aus dem Erdinneren Endogene Prozessez.B. Wärmehaushalt, WärmetransportGeotektonik (Plattenbewegungen)Gebirgsbildung

Von außen (von der Sonne) Exogene Prozessez.B. Verwitterung, Sedimentation

Historisch wichtige Publikationen

James Hutton (1726 – 1797)

1788: Deutung des Granites aus Schmelze1788: Deutung des Granites aus Schmelze

Erkennen von Zeitlückenin der Sedimentation (Diskordanzen)

Erkennen von Zeitlückenin der Sedimentation (Diskordanzen) Siccar Point SW Edinburg

The Present is the Key to the Past

Begründer der modernen Geologie

Diskordanz

Herkunft der Energie:

Exogen: Solarkonstante 2min94.1

cmcal⋅

Endogen : Erdwärme (Geothermik)a) primordialb) neu entstehend

Wärme steuert geodynamischeund geochemische Prozesse

Tektonische Prozesse (Plattenbewegung)

Magmatismus

Metamorphose

Tektonische Prozesse (Plattenbewegung)

Magmatismus

Metamorphose

Das SonnensystemDas Sonnensystem

Größenvergleich der Planeten

www.blinde-kuh.de/weltall/

Die neun Planeten des Sonnensystems

http\\astronomie-sonnensystem.de/system.htm

Das Sonnensystem

Umgezeichnet nach Press & Siever (Spektrum Akademischer Verlag, 1995)

Stellung der Erde im Planetensystem

g≤≤ ρ

37.17.0cm

g≤≤ ρ

Gemeinsamkeiten der Planeten:

Bahnen liegen in einer Ebene,gleiche Umlaufrichtung,

gleiche Rotationsrichtung

Bahnen liegen in einer Ebene,gleiche Umlaufrichtung,

gleiche Rotationsrichtung

Die Keplerschen Gesetze:

1.) Planeten bewegen sich auf Ellipsen, in deren einem Brennpunkt sich die Sonne befindet.

2.) Ein von der Sonne zu einem Planeten gezogene Strahl (Radius-Vektor) überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen.

3.) Die Quadrate der Umlaufzeiten verschiedener Planeten verhalten sich zueinander wie die Kuben der halben großen Achsen ihrer Bahnen.

1.) Planeten bewegen sich auf Ellipsen, in deren einem Brennpunkt sich die Sonne befindet.

2.) Ein von der Sonne zu einem Planeten gezogene Strahl (Radius-Vektor) überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen.

3.) Die Quadrate der Umlaufzeiten verschiedener Planeten verhalten sich zueinander wie die Kuben der halben großen Achsen ihrer Bahnen.

Entfernung von der Sonne

Die Titius-Bode-Reihe ( )nE 234101

⋅+⋅= 3,2,1,−∞=n

Jeder Planet ist doppelt soweit von der Sonne entfernt,wie der nächste innere

Physikalische Eigenschaften

Die großen Planeten erzeugen 99% des Drehimpulses

mi ∑ ⋅⋅=n

ii rmD1

Theorien zur Entstehung des Sonnensystems

Theorie der stofflichen Einheit: G. Galilei (1564 – 1642)

Kant – Laplacesche TheorieImmanuel Kant, 1755

Pierre Simon Laplace, 1796

Urnebel (nebula)

Kant – Laplacesche TheorieImmanuel Kant, 1755

Pierre Simon Laplace, 1796

Urnebel (nebula)

Entstehung des Sonnensystems

http\\astronomie-sonnensytem.de/system.htm

Die Nebula - Hypothese

Langsam rotierende WolkeAus Gas und Staub

Rotierende Scheibe, MaterieKonzentriert sich im Mittelpunkt

Bildung der Protosonne und Ringförmiger Materieansammlung

Verdichtung der Ringe zu Planeten

Umgezeichnet nach Press & Siever (Spektrum Akademischer Verlag, 1995)

Kollisions-Hypothese

George Louis Leclerq de Buffon, 1749George Louis Leclerq de Buffon, 1749

Es kondensieren:

ProtosonneProtosonne

ProtoplanetenProtoplaneten

MeteoritenMeteoriten

Typen von Meteoriten

www.wappswelt.de/tnp/nineplanets/meteorites.html

Olivin, Proxen

terrestrisch

+ Kohlenstoff

Heutige Vorstellung

Neo – Kant – Laplacesche - TheorieNeo – Kant – Laplacesche - Theorie

Entstehung des Planetensystems aus Planetesimalen(Partikel von 15 – 20 km Durchmesser, die zunächstkalt und undifferenziert sind.)Die Planetesimale entsprechen in ihrer Größe etwaden Partikeln des Asteroiden-Gürtels

Bildung von Planetesimalen

www.psi.edu/projects/planets/planets.html

Die Entwicklung des Sonnensystems aus Planetesimalen

Planetesimale

Protoplaneten Planeten

Umgezeichnet nach Ozima 1987

Proto-sonne

Computer-Simulation

100 Planetesimale auf Bahnenum die Sonne (dreidimensional).Die Masse entspricht der Masse aller terrestrischen Planeten.

Nach 30.2 Ma sind 22 größereKörper entstanden. Die Um-laufbahnen sind elliptisch

Aus Wetherill (Spektrum der Wissenschaft, 1984

Ausgangszustand der Protoerde

undifferenziert

durch Akkretion entstanden

Energiequellen:primordial:

Stoßenergie

Gravitation (Verdichtung)

neu entstehend:Radioaktivität

Nach Press & Siever (Spektrum, Akademischer Verlag, 1995)

Beispiel für Stoßenergie:Ein Eisenmeteorit von 1m Durchmesser wiegt ca. 4 t

sec30 kmv =

Eine realistische Geschwindigkeit ist

(Umlaufgeschwindigkeit der Erde)

Die kinetische Energie beträgt:2

2vmEkin =

Nmmkg 112

22 1018

sec30000

⋅=⋅

MWh3600101018

⋅⋅

MWh31021

= 500 MWh= 500 MWh

Beginnende Differenzierung

500 1000 1500 2000 2500

Temperatur bei 0 Jahren

Schmelzkurve von Eisen

nach 500 Ma

nach 1 Ga

Nach 1 Ga beginnt Eisenzu schmelzen

0 Jahre : Akkretion und Verdichtung : Temperatur bis 1500°C500 Ma später : durch Radioaktivität : Temperatur bis 2000°CNach 1 Ga : in 400-800 km Tiefe Berührung mit der Schmelz-kurve von Eisen: Bildung eines Eisen-Kerns

Umgezeichnet nach Press & Siever, 1986

Entstehung des Schalenbaus der Erde

Bildung des Erdkerns Heutiger Aufbau der Erde

Aus Press und Siever (Spektrum, Lehrbücher), 1995

Aufbau der Erde

www.solarviews.com/earthint.htm

Die einzelnen Schalen der Erde

-135-235

Oberfläche

Oberer Mantel

Übergangszone

Unterer Mantel

Äußerer Kern

Innerer KernMittelpunkt

KrusteLithosphäre

Asthenosphäre

Relative Häufigkeit der Elemente

Gesamterde ErdkrusteAus Press & Siever (Spektrum Lehbücher), 1995

Seit wann?

Alter der Erde und der Planeten: 4.56 GaTerrae des Mondes : 4.55 Ga Älteste Gesteine (Isua-Gneise): 3.8 Ga

Wie ist die Verteilung fest – flüssig?Diese Frage läßt sich mit dem Studium der Seismizität beantworten

Kompressions-oder Longitudi-nalwellen(Primärwellen)

Dieser Wellentypkann auch Flüssig-keiten durchdringen

Scher- oder Trans-versalwellen(Sekundärwellen)

Dieser Wellentypkann Flüssigkeiten nicht durchdringen

Umgezeichnet nach Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995

Ausbreitung von P- uns S-Wellen

S-Wellen hören an der Grenze zum äußeren Erdkern auf.Hieraus kann man schließen, daßdieser flüssig sein muß.

Verlauf der P-WellenDie Schattenzone ist derBereich, in den die P-Wellennicht gelangen, weil sie vom Kern abgelenkt werden

Aus Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995

Zustände der Erdschalen:

Innerer Kern : festÄußerer Kern: flüssigMantel : festAsthenosphäre: plastischLithosphäre: starr

Wärmeleitfähigkeit

Gestein ist ein sehr schlechterWärmeleiter

Ccmcalbis

sec015,0003,0λ

Konvektionswalzen

Aus Siever (Spektrum der Wissenschaft), 1987

Das Magnetfeld der Erde

Das Magnetfeld entsteht durch einen Dynamoaus innerem Kern (Eisen, fest) und Konvekti-onen im äußeren Kern (flüssig)

Aus Jeanloz (Spektrum), 1987

Die äußeren Schalen der Erde

Petrologie von Kruste und Mantel

Kruste

Mantel

kontinental: GranitOrthoklas KAlSi3o8Albit NaAlSi3O8Quarz SiO2

ozeanisch: Basalt Anorthit CaAl2Si2O8Albit NaAlSi3O8

Olivin (Mg,Fe)2SiO4Pyroxen Mg2Si2O6

Peridotit

Konvektion bewirkt chemische Zonierung

Mantel

Kruste

Konvektion

Diffusion der leichtenund großen Elemente

in die Kruste

Inkompatible Elemente:Large Ion Lithophiles (LIL-Elemente)

K, Rb, U, Th

Inkompatible Elemente:Large Ion Lithophiles (LIL-Elemente)

K, Rb, U, Th

Verteilung der Radioaktivität

kontinentale Kruste

ozeanische Kruste

oberer Mantel

ppmWärmeJoule/(cm Jahr)3

67 x 10-6

21 x 10-6

0.21 x 10-6

Die Radioaktivität ist in der Erdkruste konzentriertDie Radioaktivität ist in der Erdkruste konzentriert

Der obere Erdmantel ist an den LIL-Elementen verarmt.Depleted mantle

Zusammensetzung von Mantelgesteinen

Hochmeta-morphesGestein

ArchäischesMantelgestein

HeutigesMantelgestein

Meteoriten

Nach MCKenzie (Spektrum der Wissenschaft), 1987

Übergangszonen im oberen Mantel

Nach McKenzie (Spektrum der Wissenschaft), 1987

Entstehung der Atmosphäre und Hydrosphäre

Exhalation der VulkaneAus Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995

Herkunft des Wassers

Große Mengen Wasser sind in Mineralen der Erdkruste gebunden,

z.B. Glimmer KAl3Si3O10(OH)2

Große Mengen Wasser sind in Mineralen der Erdkruste gebunden,

z.B. Glimmer KAl3Si3O10(OH)2

Entwicklung der Atmosphäre

4.5 4 3 2 1Milliarden Jahre

Methan, Ammoniak

Stickstoff

Kohlendioxid

Wasserdampf

Sauer-stoff

Die Uratmosphäre

Wahrscheinlich reduzierend

CO2CH4NH3H2O

Wahrscheinlich reduzierend

CO2CH4NH3H2O

Hieraus können sich Aminosäuren gebildet haben.

Banded Iron Formation (Itabirite)

Banded Iron Formation (BIF), Kola-Halbinsel, Russland

Radioaktiver ZerfallRadioaktiver Zerfall

wichtige radioaktiveIsotope:

235U, 238U, 232Th, 87Rb, 40K235U, 238U, 232Th, 87Rb, 40K

Strahlungsarten

α− Strahlung: 2 Protonen + 2 Neutronen (He-Kerne)β - Strahlung: Elektronenγ- Strahlung: elektromagnetische Wellen

Zerfallgesetz:

HTeNN λ−⋅= 0

2HTe ⋅= λ2

693.02ln ≈=⋅ HTλ

teNN λ−⋅= 0( λ = Zerfallskonstante )

N =Halbwertszeit ( TH ) :

Indirekter Zerfall:

920882

920682

920782

109.13,

105.4,

10713.0,

⋅=→

Direkter Zerfall:Neutron Proton + e- (ß-Zerfall)

108738

1047.1,

1088.4,

⋅=+→

⋅=+→−

TeSrRb

Proton + e- Neutron (inverser ß-Zerfall)940

184019 1029.1, ⋅=−→ −

HTeArK2 Protonen + 2 Neutronen (α−Zerfall)

1114360

14762 1006.1, ⋅=+→ HTNdSm α

Altersmessungen mit direktem Zerfall:

N0 = Anzahl der Mutterisotope zu BeginnD = Anzahl der Tochterisotope nach der Zeit tN = Anzahl der Mutterisotope nach der Zeit t

eNDDNNeeDNN

Ausgangsformel für Altersdatierung

Altersdatierungen: Die Isochronen-Methode:Rb/Sr (Th = 4.88 x 1010 )

Ausgangsformel: 1( −= teND λ )

Massenspektrometer mißt Verhältnisse, deshalbbeziehen auf das stabile Sr86

−+==

theutee

SrSr λ

IsochroneSr

RbSrt = 0} (Sr-Initial)

a 1tan −= teλα

)1(870

8787 −+= =t

theute eRbSrS λr

Chondriten-Isochrone

Probennahme für Rb/Sr-Datierung

Alter der Metamorphose

Ch. Hauzenberger, 2003

Indirekter Zerfall: Concordia-Kurve

Altersmessung (U/Pb-Methode):

Concordia

Discordia

Unterer Einstichspunkt(Alter der Metamorphose)

Oberer Einstichspunkt(Alter des Gesteins)

Zirkon-Alter

Ch. Hauzenberger, 2003

SagallaHills

Ar/Ar-Abkühlungsalter von Amphibolen

Erdwärme (Geothermik)Erdwärme (Geothermik)

Arten des Wärmetransportes:Wärmeleitung (Konduktion)

Ccmcal

°⋅⋅≤≥

sec015.0003.0 λ

Advektion(Aufstieg von Schmelzen)

Konvektion(walzenförmiger Wärmetransport)

Der Temperatur-Gradient

Der Temperatur-Gradient gibt die Änderung derTemperatur mit der Tiefe an.

ΔΤΔr [°C/m ; °C/km]

Messung des Temperatur-Gradienten

Stollen 1

Stollen 2

BergwerkSc

Gradient =

T2 –T1Δr

Messung des Gradienten in Sedimenten

Aus Press & Siever, 1986

Mittlere Werte:

Mittelwert 30°C/kmMittelwert 30°C/km

Geothermische Tiefenstufe33m/°C

Temperaturgänge:täglich 1mjährlich 25mPermafrost 600m

Der WärmeflußWärmestromdichte

Energie

Fläche x Zeit

Heat Flow Unit (HFU)Heat Flow Unit (HFU)

1 HFU = 10-6 calcm2 x sec

= 42 mW/m2

Mittelwert: 1.5 HFU ~ 60 mW/m2Mittelwert: 1.5 HFU ~ 60 mW/m2

Messung:ΔΤ

HF =Δr

Beispiel: In einem Bergwerk wurde gemessen:

30 °C / 1 km = 30/105 °C/cm

Die Wärmeleitung des Gesteins wurde im Labor bestimmt:λ = 0.006 cal / (cm sec °C)

HF = 105

x103 cm2 sec

= 1.8 HFU

30 6 cal

Wärmefluß in Europa

Stockholm

Bukarest

Algier

Edinburg

Schottland,Hebriden

BaltischerSchild

PannonischesBecken, Balkan

Alboran-See Ost-

Ägäis

Geothermische Tiefenstufen:niedrig:

junge Vulkanez.B. Santorini 7 – 10 m/°C

tertiäre Vulkanez.B. Urach Schwäbische Alb

14.3 m/°C

hoch:alte Schildez.B. Kanada 125 m/°C

Wärmefluß:alte Schilde 0.9 – 1.1 HFUTiefsee < 1.2 HFUozeanische Rücken > 2 HFU

3D-SeismikRot : heißBlau: kalt

150 km Tiefe150 km Tiefe

Vorlesung Allgemeine GeologieTeil II

Prof. Dr. Eckart WallbrecherSommer-Semester 2005Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00 Uhr

Plattentektonik

Die Pangäa Alfred Wegeners

S : SalzlagerstättenK: KohleE: Eis

Alfred Wegener (1880 – 1930)1924 – 1930 in Graz

Alfred Wegener

geb. 1.11. 1880 in Berlin

promoviert 1904 in Astronomie in Berlin

1906, 1912-13 Polar-expeditionen nach Grönland

1924 Professur für Meteorologie in Grazgest. Nov. 1930in Grönland

Alfred Wegeners Argumente für eine Pangäa

Eiszeiten der Südhalbkugel

Pflanzen der Südhalbkugel

Kohle und Salzlager der Nordhalbkugel

Gebirgsverbindungen

Eiszeiten der Südhalbkugel

Pflanzen der Südhalbkugel

Kohle und Salzlager der Nordhalbkugel

Gebirgsverbindungen

Unterstützung von Alexandre du ToitUnterstützung von Alexandre du Toit

(1912 auf einer Tagung in Frankfurt)

Pangäa vor 280 Ma (Unterperm)

Grenze der Glossopteris-Flora

Permische Vereisung

Umgezeichnet nach Windley, 1996

Gebirgszüge Pangäas

Aus Closs et al. (Spektrum), 1984

Vorstellungen über Ausbreitung der Wirbel-tiere vor dem plattentektonischen Konzept

Cartoons von John Holden

Fixistische-Theorien

Eduard Sueß (1894): „ Der Zusammenbruch des Erdballes ist es, dem wir beiwohnen.“Eduard Sueß (1894): „ Der Zusammenbruch des Erdballes ist es, dem wir beiwohnen.“

Die Kontraktions-Theorie

Entstehung der Theorie derPlattentektonik

Wie kam es zum Paradigmen-Wechsel von der fixistischen zur mobilistischen Betrachtung?Wie kam es zum Paradigmen-Wechsel von der fixistischen zur mobilistischen Betrachtung?

Erste Zweifel bereits von G. Leclerc de BuffonErste Zweifel bereits von G. Leclerc de Buffon

Erste mobilistische Betrachtungen:

Albert Heim (1849 – 1937) Albert Heim (1849 – 1937)

Marcel Bertrand (1847 – 1907)Marcel Bertrand (1847 – 1907)

Gebirgsbildung durch Faltung (fixistisch)Gebirgsbildung durch Faltung (fixistisch)

Gebirgsbildung durch Deckentrasnsport(mobilistisch)

Theorien des DeckenbausDie ‚Glarner Doppelfalte‘ (Arnold Heim, 1878, 1891)Die ‚Glarner Doppelfalte‘ (Arnold Heim, 1878, 1891)

Deutung als Deckenschub (M. Bertrand, 1883, Heim, 1906)Deutung als Deckenschub (M. Bertrand, 1883, Heim, 1906)

Konvektions-Theorie

O. Ampferer, (1875 – 1947): Unterströmungstheorie (1906)R. Schwinner (1878 – 1953): thermisch bedingte KonvektionA. Holmes 1890 – 1965): Bewegung der Erdkruste durch

Konvektion (1929)

O. Ampferer, (1875 – 1947): Unterströmungstheorie (1906)R. Schwinner (1878 – 1953): thermisch bedingte KonvektionA. Holmes 1890 – 1965): Bewegung der Erdkruste durch

Konvektion (1929)

O. Ampferer R. Schwinner A. Holmes

Erklärung der westalpinen Decken mit der Unterströmungs-

(Verschluckungs)-Theorie Ampferers

Deutung des Sunda-Bogens mit derVerschluckungstheorie Ampferersin Schwinner (1941): Der Begriff der

Konvektionsströmung in der Mechanik der Erde

Holmes‘ Konvektions-Theorie

Umgezeichnet nach Holmes, 1929

Die Heezen-Karte

Kartierung des OzeanbodensKartierung des Ozeanbodens

Deep Sea Drilling Project (Ocean Drilling Project)

Nach Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995

Das Bohrschiff JoidesResolution

Sedimente am Ozeanboden

alt jung

Die Vine-Mathews-Hypothese

Auf beiden Seiten des Mittelatlantischen Rückens wurden symme-trische Magnetstreifen-Muster entdeckt.

Nach Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995

Seismizität

Vertikal-Seismometer Horizontal-Seismometer

Seismische Registrierung (Geophone)

Außenansicht Schnitt durch ein Geophon

Laufzeitkurven

Erdbebenherd und Beob-achtungsstationen

EinsatzderP- undS-Wellen

Bestimmung des Epizen-trums

Seismische Gürtel der Erde

Press & Siever, 1986

Ozeanboden-Spreizung

H. H. Hess (1962): Sea Floor SpreadingNach Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995

Die Spreizungszone des Mittelatlantischen Rückens auf Island

Tiefseerinnen

Der NW-Rand des Pazifischen OzeansDer NW-Rand des Pazifischen OzeansPress & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995

New Global TectonicsOliver & Sykes 1968

Die Lithosphären-Platten

Eurasische Platte

AfrikanischePlatte

NordamerikanischePlatte

Süd-amerikanische

Platte

PazifischePlatte

Indisch-australischePlatte

Antarktische Platte

7 Großplatten

Die Entstehung eines Ozeans

Wo bleibt die ozeanische Lithosphäre?

Subduktionszonen

Die Benioff-Fläche

Kontinentale Kruste

Ozeanische Kruste

Hypozentrender Erdbeben

Epizentrender ErdbebenBenioff-Fläche

Aktiver Kontinentalrand und Subduktionszone

Aus Toksöz, 1984 (Spektrum)

Berechnung der Isogradennach 16 Ma

Die Benioff-Fläche am Tonga-Kermadec-Graben

Aus McKenzie, 1984 (Spektrum)

Arten der Platten-Grenzen

Ozean – Kontinent – Kollision (aktiver Kontinentalrand)(Nazca-Platte - Südamerika)

Ozean – Ozean – Kollision(Indisch-australische Platte - pazifische Platte)

Divergierende (produktive) Plattengrenzenkonvergierende (consumptive) Plattengrenzen

Ozean – Kontinent – Kollision (aktiver Kontinentalrand)(Nazca-Platte - Südamerika)

Ozean – Ozean – Kollision(Indisch-australische Platte - pazifische Platte)

Divergierende (produktive) Plattengrenzenkonvergierende (consumptive) Plattengrenzen

Ablösung der Kontinental-Drift-Theorie

Cartoons von J. Holden

Entwicklung des Atlantik im Mesozoikum

Umgezeichnet nach Ozeane & Kontinente (Spektrum der Wissenschaft)

125 MaUnterkreide

165 MaMittlerer Jura

Entwicklung des Atlantik im Tertiär

Umgezeichnet nach Ozeane & Kontinente (Spektrum der Wissenschaft)

36 MaEozän

80 MaOberkreide

Basaltintrusionen bei der Atlantik-Öffnung

Aus Stanley, 1999

Basaltgang in denPalisades imStaate New York

Basaltgang in Trias-Gesteinen(Südflanke des HohenAtlas, Marokko)

Plattengeschwindigkeiten [cm/Jahr]1.8

2.32.5

Mittelatlantischer

Rücken

1.31.7

Atlant isc

h-indischer

Rücken

2.03.0

Carlsberg-

Rücken 6.2

7.5 7.2

Südost-indischer Rücken 5.7

7.710.3

17.2 6.0

umgezeichnet nach Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995

Geschwindigkeit ~ Breite der Magnetstreifen

Bewegung der KontinenteDie relative Bewegung der Kontinente

zueinander kann mit Hilfe der MagnetisierungIn Sedimenten oder Lavaströmen ermittelt werden

Die relative Bewegung der Kontinente zueinander kann mit Hilfe der Magnetisierung

In Sedimenten oder Lavaströmen ermittelt werden

Magnetische Partikelregeln sich nach demrezenten Magnetfeldein.

Aus flüssiger Lava kristallisierendeMinerale speichern das rezente Magnetfeld

Nach Press & Siever (Spektrum), 1995

PolwanderungskurvenScheinbare Polwanderungskurvenfür Europa und Nordamerika.

Von vor 500 Ma bis heute

Der Pol war fest, während diePlatten gewandert sind.

PaläomagnetismusPaläomagnetismus

Afrika

Polwanderungskurve des Südpols im Phanerozoikum

Gondwana Laur

Indien

Europa

N-Amerika

S-AmerikaAustralien

AntarktisVariszisch

Umgezeichnet nach Windley, 1996Mesozoisch

Pangäa

Was bedeuten die Störungsmuster an den mittelozeanischen Rücken?

Transform-Störungen

(TransformFaultsTuzo Wilson1965)

Transform-Störungen verbindenversetzte Spreizungsachsen

Aufnahme des Satelliten Seasat(Gravitation)

AfrikaSüdamerika

Australien

Nord-amerika

Umgezeichnet nach Francheteau, 1984 (Spektrum)

3 verschiedene Typen von Plattengrenzen

divergierendkonvergierend Transform-Störung

Transform-Störungen am Westrand Nordamerikas

Die San Andreas-Störungist eine dextrale Transform-Störung

Geometrie der Plattenbewegungen

Jede geradlinige Bewegung auf der Erdoberfläche ist

eine Rotation um den Erdmittelpunkt

Jede geradlinige Bewegung auf der Erdoberfläche ist

eine Rotation um den Erdmittelpunkt

Rotationsachse

Euler-Pol

Rotationspol (Euler-Pol)RotationskegelRotationsäquatorRotationswinkelWinkelgeschwindigkeitder Rotation (dω/dt)

Der Versatz ist null am Polund maximal am Äquator

Umgezeichnet nach Dewey, 1984 (Spektrum)

Der Versatz ist null am Polund maximal am Äquator

Produktion und Subduktion

Spreizungsachsenauf Großkreisen

Transform-Störungenauf Kleinkreisen Subduktion

schief

Spreizung - SpreizungSpreizung - Subduktion

Subduktion - Subduktion

Transform-StörungenVerbinden:

Bestimmung des Rotationspols

Platte B

Platte A

Rotationspol

Spreizungs-achse

AktiveTransform-Störung

InaktiveTransform-Störung

Aus Kleinkreisender Transform-Störungen

Bestimmung des Rotationspols für den NordatlantikAus den Großkreisen der Spreizungsachsen

Nach Press & Siever, 1986

Der Rotationspol liegt im Nördlichen AtlantikKoordinaten:58° Nord36° West

Transpression und Transtension

TranspressionTranstension

Pull-Apart-Becken(Aufreißbecken) Aufschiebungen

Falten

Becken mit SedimentfüllungAbschiebungen

Umgezeichnet nach Frisch & Loeschke, 1986

ZerrungPressung

Geometrie von Pull-Apart-Becken

Dextrales Pull-Apart-Becken

SinistralesPull-Apart-Becken

Das San Andreas-Störungs-System

Die San Andreas-Störung

Aus Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995

Rotes Meer, Sinai, Jordan

Die Jordan-Störung

Aus Burchfiel, 1987 (Spektrum)

Eine sinistraleTransform-StörungZwischen Afrikani-Scher und Arabischer Platte

Versatz: 105 km

Kontinentale Transform-Störungen

Jordan-Störung (Jordanien, Israel)Nordanatolische Störung (Türkei)Kabir-Störung (Iran)Hari-Rud-Störung (Afghanistan)Alpine Fault (Neuseeland)Periadriatische Naht (Alpen)

Die Alpine FaultDie Alpine Faultverbindet zweiSubduktionszonen(T-T-Störung)

Tripelpunkte

RTF-Tripelpunkte Westküste Nordamerikas

Pazifische Platte

NordamerikanischePlatte

Vancouver

San Francisco

Kanada

Mexico

Cocos-Platte

kalifornischeHalbinsel

Juan deFuca-Platte

RTF-Tripel-punkt 1

RTF-Tripel-punkt 2

Pull-apart-Becken

R-R-R-Tripelpunkt

Umgezeichnet nach Press & Siever, 1986

Tripelpunkte südlich von Mexiko

Umgezeichnet nach Franchteau, 1984 (Spektrum)

Kritik an der Plattentektonik

Aus Frisch & Loeschke, 1986

Allgemeine GeologieTeil III

Vorlesung SS 2005 Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00Prof Dr. E. Wallbrecher

Der Wilson-Zyklus

Ein Wilson-Zyklus beschreibt die Entstehung, die Entwicklung und das Verschwinden eines Ozeans.Ein Wilson-Zyklus beschreibt die Entstehung, die Entwicklung und das Verschwinden eines Ozeans.

Die einzelnen Stadien sind:Zerbrechen kontinentaler Kruste,Entstehung einer ozeanischen Spreizungszone,maximale Ausdehnung der Ozeanischen Kruste,Subduktion,Verschwinden der ozeanischenKruste,Kontinent – Kontinent - Kollision

Die Stadien eines Wilson-ZyklusAn verschieden weit entwickelter ozeanischer Kruste kann man

einzelne Stadien eines Wilson-Zyklus beobachten:

Bildung eines kontinentalen Grabens (Ostafrikanischer Graben)Bildung eines kontinentalen Grabens (Ostafrikanischer Graben)

Beginnende Ozeanisierung (Rotes Meer) Beginnende Ozeanisierung (Rotes Meer)

Maximale Ausdehnung der ozeanischen Kruste mit passivenKontinentalrändern (Atlantik)

Subduktion der ozeanischen Kruste mit aktiven Kontinental-rändern (Pazifik)

Restozean (Mittelmeer)Restozean (Mittelmeer)

Kontinent – Kontinent – Kollision (Himalaya)Kontinent – Kontinent – Kollision (Himalaya)

Bildung eines kontinentalen Grabens

1. Stadium1. Stadium

1280°C

Tripelpunkte und mantle plumes

mantle-plume ausdem unteren Mantel

Aufwölbung der Lithosphäreniedrig temperierte Schmelzen

Ein ‚mantle plume‘ ist eine wahrscheinlich aus dem unteren Mantelstammende schlauchförmige Wärme-Anomalie. Der Punkt, an dem

eine solche Anomalie an die Oberfläche gelangt, wird Hot Spotgenannt.

Ein ‚mantle plume‘ ist eine wahrscheinlich aus dem unteren Mantelstammende schlauchförmige Wärme-Anomalie. Der Punkt, an dem

eine solche Anomalie an die Oberfläche gelangt, wird Hot Spotgenannt.

Aus Hot Spots entstandene Lavadecken

Lavadeckender Kreidezeit

umgezeichnet nach Windley, 1996

Entstehung eines Ozeans aus einem Tripelpunkt

Aufwölbung undVulkan über einem

mantle plume

Ein rrr-Tripelpunktentsteht

Failedarm

Aula-kogen

2 Riftarme werdenzu einem ozeanischen

Rücken

1.) Grabenbildung (Rifting, Taphrogenese)Beginnt mit einem Tripelpunkt auf kontinentaler Kruste

Süd-Amerika Afrika

Äquator

Kreide

Äquator

Rezent

Tripelpunkt

Benue-Trog(Aulakogen)

Rotes Meer

Afar-Senke

Golf von Aden

Aulakogene am Atlantik

aus Frisch & Löschke, 19

Entwicklung eines kontinentalen Grabens

aufdringendes basaltisches Magma

LavadeckenTuffe, vulkanischer Schutt

terrestrische SedimenteEvaporite (Salze)

Der Rhein Rhône-Graben

Tiefe der Kruste-Mantel-Grenze

Andrija Mohorovicic 1857 - 1936

Profil durch den Rheingraben

Asthenolith(Mantelkissen,Manteldiapir)

Oberer MantelKontinentaleKruste

Nordsee-Gräben

Merkmale von kontinentalen Gräben

Hohe SeismizitätHohe Seismizität

Hoher Wärmefluß (> 2.0 HFU)Hoher Wärmefluß (> 2.0 HFU)

Alkaliner Magmatismus undVulkanismusAlkaliner Magmatismus undVulkanismus

Negative Schwere-Anomalie(Bouguer-Schwere)Negative Schwere-Anomalie(Bouguer-Schwere)

Schwere-Anomalie

Gemessen wird die Erdbeschleunigung in gal1 gal = 1 cm/sec2 = 1000 mgal.

normal: 980 gal

Gemessen wird die Erdbeschleunigung in gal1 gal = 1 cm/sec2 = 1000 mgal.

normal: 980 gal

~7.0>8.0 >8.0

+ +-Bouguer- Schwere

hochliegendeMoho

leichteSedimente

Der Ostafrikanische Graben

Nairobi

WesternRift

GregoryRift

Länge 4 000 kmBreite 30 – 70 kmVersatz > 6 000 m

Ol Doinyo Lengai (Tansania)

Der Ol Doinyo Lengai ist der einzige aktive Carbonatit-Vulkan der Erde

Hypersaline Seen

Der Magadi-See (Kenia) ist einer von vielen Natron-Seenim Ostafrikanischen Graben-System

Lake Natron (Tansania)

Junge Grabensysteme und Aulakogene

Ostafrikanischer Graben

Rhein – Rhône - Graben

Baikal - Rift

Nordsee - Gräben

Mississippi - Aulakogen

Das Baikal-Riftund Krustendeformation in Asien

Entstehung des Baikal-Rifts

Der Baikal-Graben

Seismisches Profil durch den Baikal-Graben

Bildung eines mittelozeanischenRückens

Tripelpunkt: Ostafrikanischer

Graben-Rotes Meer-G. von Aden

rezente Vulkane

Der Golf von Aden

NASA Foto SCI-1458, Gemini XI

Entstehung neuer ozeanischer KrusteBeispiel: Rotes Meer, Golf von Aden,Afar- (Danakil-) Senke

Beispiel: Rotes Meer, Golf von Aden,Afar- (Danakil-) Senke

Rotes MeerRotes Meer

Golf von AdenGolf von Aden

Afar - DreieckAfar - Dreieck

Unterschiede zu Gräben

Entstehung ozeanischer KrusteEntstehung ozeanischer Kruste

Positive Bouguer-AnomaliePositive Bouguer-Anomalie

Das Afar-Dreieck (Danakil-Senke)

Aus Frisch & Löschke, 1986

hypothetisches Profil durch die Afar-Senke

Aus Frisch & Löschke, 1986

Die Basin-and-Range-ProvinzSehr breite Extension derkontinentalen Lithosphäre.Wahrscheinlich entstandendurch Unterlagerung sehrheißer Lithosphäre.

Sehr breite Extension derkontinentalen Lithosphäre.Wahrscheinlich entstandendurch Unterlagerung sehrheißer Lithosphäre.

Allgemeine GeologieTeil IV

Ausbreitung ozeanischerLithosphäre

Maximale Öffnung eines Ozeans

nach Press & Siever (Spektrum Lehrbuch), 1995

Beispiel Atlantik

passiveKontinentalränder

Tiefseebecken

Erforschung des Atlantik

FAMOUS (1973 – 1974)FAMOUS (1973 – 1974)

French American Mid-Ocean Undersea StudyFrench American Mid-Ocean Undersea Study

Tauchboot ALVINTauchboot ALVIN

Das Tauchboot Alvin

Forschungsschiffe und Tauchboote(Woods Hole Oceanographic Institute)

http://www.amnh.org/nationalcenter/expeditions/

Profil durch den Atlantik

Kontinental-rand

Kontinental-randTiefsee-

BeckenTiefsee-Becken

MittelozeanischerRücken

2000m4000m

Kontinental-rand

Kontinental-randTiefsee-

BeckenTiefsee-Becken

2000m4000m

Schematisches Profil durch den Nordatlantik

Kissenlava (Pillow Lava)

ca. 1100°C heißeLava wird bei Be-rührung mit Meer-wasser schlagartigabgekühlt. Es wirdsofort eine Glas-haut gebildet.KissenförmigeKörper entstehen.Diese platzen aufund der Prozesssetzt sich fort.

Beispiele für Kissenlava

Caldera de Taburiente, La Palma, Kanarische Inseln

Pillow-Lava (Ankara-Mélange)

Eigenschaften der Laven mittelozeanischer Rücken MORB – Gesteine (= Mid Ocean Ridge Basalts)

Diese Magmen sind dem Gestein des Erdmantels ähnlich. Dies zeigt sich am hohen Mg-Gehalt.

Solche Magmen werden auch als tholeiitisch bezeichnet.Solche Magmen werden auch als tholeiitisch bezeichnet.

MgONa OK O

tholeiitisch

alkalin

Diskriminanz-Analysen von MOR-Laven

Sheeted Dykes und Magmenkammer

Aus Press & Siever (Spektrum_Lehrbuch), 1995

Kristallisation in einer Magmenkammer

Basalt

GabbroFe, Mg

Sheeted DykesKissenlava

Kumulate

Magmen-kammer

Scnelle und langsame Abkühlung

Basalt Gabbro

Sheeted Dykes

Caldera de Taburiente,La Palma, KanarischeInseln

Black Smoker

Temperatur bis 350°C

Schwarze Raucher

http://www.amnh.org/nationalcenter/expeditions/blacksmokers/

Reaktion Gestein - Meerwasser

nach Rona, 1987 (Spektrum)

Chemischer AustauschDas Meerwasser bringt:

Na+, Mg2+, Cl-, SO42-

Das Meerwasser bringt:Na+, Mg2+, Cl-, SO4

Das Meerwasser löst Metalle: Cu, Fe, Mn, Zn und SiDas Meerwasser löst Metalle: Cu, Fe, Mn, Zn und Si

Heiße saure Lösungen reagieren mit kaltem alkalischen Meerwasser

Fällung von Metallsulfiden FeS, CuS, ZnSDurch Reaktion mit H2S aus dem Magma

Aufbau eines Black Smokers

Metallsulfide

Anhydrit(CaSO4)

Besshi-Lagerstätten (Shikoku, Japan)Entstehen, wenn ozeanische Rücken in Sedimentations-

gebieten liegen (Golf von Kalifornien) Entstehen, wenn ozeanische Rücken in Sedimentations-

gebieten liegen (Golf von Kalifornien)

Metall-sulfide

disperseMetall-sulfide

Sedimente

Metallsulfide am Meeresboden:

MetallschlämmeMetallschlämme

ManganknollenManganknollen

Ozeanboden-Metamorphose

Mg2+ und H2O aus dem Meerwasser werden in basische Minerale der MORB-Gesteine eingebaut.Mg2+ und H2O aus dem Meerwasser werden in

basische Minerale der MORB-Gesteine eingebaut.

eine mögliche Reaktion könnte sein:

6 Mg2+ + 10 H2O + 4 SiO4 Mg6[(OH)8 Si4O10] + 12 H+

eine mögliche Reaktion könnte sein:

6 Mg2+ + 10 H2O + 4 SiO4 Mg6[(OH)8 Si4O10] + 12 H+

Olivin, Pyroxen SerpentinOlivin, Pyroxen Serpentin

Serpentinisierung

Dünnschliff-Foto eines Serpentinits (Südpelion, Griechen land)

Anaerobe Ökosysteme

Nach Rona (1987), Spektrum

Kolonie von Röhrenwürmern

http://www.amnh.org/nationalcenter/expeditions/blacksmokers/tubeworms2.html

Allgemeine GeologieTeil V

OphiolitheDie Gesamtheit der ozeanischen Gesteine wird als

Ophiolith-Sequenz bezeichnet.Die Gesamtheit der ozeanischen Gesteine wird als

Ophiolith-Sequenz bezeichnet.

Der Begriff Ophiolith wurde von Brogniart (1827)eingeführt.

Steinmann-Trinität:SerpentinitBasalt (Kissenlava)Tiefsee-Sedimente

Gustav Steinmann 1856 - 1929

Lehre in

Strasburg,Jena,Freiburg,Bonn

Heutige Definition des Ophioliths

Tiefsee-Sedimente

Kissen-Lava

Sheeted Dykes

Gabbro undKumulate

Serpentinit

Penrose-Konferenz 1972Penrose-Konferenz 1972

Ozeanische Kruste auf dem Kontinent

Subduktion

Obduktion

Typen der Obduktion

Mittelmeer-Typ

Macquarie-Typ

Der Oman – Ophiolith - Komplex

NASA-Foto S-65-34661, Gemini IV

Die Hawasina- und Semail-Decke

Profil durch die Semail-Decke

Arabischer Schild

autochthonePlattform-Sedimente

Hawasina-Ophiolith-Mélange

Ultrabasiteder Semail-

Gabbro

SheetedDykes,Kissen-lava

post-Obduktions-Sedimente

TertiärÜberschiebung

Der Troodos-Ophiolith auf Zypern

Abfolge des Troodos-Ophiolith

Die seismischen Lagen

Lage 1 Sedimente 1.6 – 2.5

Laufzeit(km/sec)

Lage 2 a) Pillow – Lava 2.6 – 2.8b) Sheeted Dykes 2.6 – 2.8

Lage 3 Gabbros und Kumulate 6.4 – 7.7

Mohorovicic - Diskontinuität

Lage 4 Peridotit (Harzburgit)verarmter Mantel 8.0 – 8.2

Der Papua-Ophiolith

Der Macquarie-Ophiolith

Vergleich verschiedener Ophiolithe

Stadium 4Subduktion ozeanischer Kruste

(rezentes Beispiel: Pazifik)

Skizze einer SubduktionszoneProfil durch eine Sub-duktionszone:

1. Tiefsee-Rinne1. Tiefsee-Rinne

2. Akkretionskeil-prisma

FranciscanmélangeFranciscanmélange

umgezeichnet nach Press&Siever (Spektrum)

Subduktion (Fortsetzung)3. Magmatischer

Bogen3. Magmatischer

4. Seismizität ander Wadati-Benioff-Zone

Hochdruck-Niedrig-temperatur-Metam.Hochdruck-Niedrig-temperatur-Metam.

Hochtemperatur-Niedrigdruck-Metam.Hochtemperatur-Niedrigdruck-Metam.

5. paarige meta-morphe Gürtel

paarige metamorphe Gürtel in Japan

Phasenänderungen

Basalt EklogitCaAL2Si2O8NaAlSi3O8

}Feldspäte CaSi2O6Na2Si2O6Mg3Al2(SiO4)3

DiopsidJadeitPyropMg2SiO4 } Olivin

Hochdruck-Metamorphose

Eklogit

GranatOmphazit

Blauschiefer (Glaukophanschiefer)

Die Izmir-Ankara-Mélange

Serpentinit Tiefsee-Sedimente

Der Magmatische Bogen

Fluide(H O)2

partielleSchmelze

Intrusion

Subduktions-Magmatismus:

Vulkanite: AndesiteVulkanite: Andesite

I-Typ-Magmatite (Granite, Tonalite) I = igneous (aus juvenilen Schmelzen)

Sr-Initial: 706.086

Große I-Typ Plutone

Farallon-Platte

Sierra-Nevada

Great-Valley

Franciscan-Complex

Coast-Range-Überschiebung

Sierra-Nevada-Pluton

Der Sierra Nevada-Batholith

Eintauchwinkel:

steilerEintauch-winkel

Bildung von Randbecken

Flacher EintauchwinkelHigh StressSubduktionHigh StressSubduktion

Low StressSubduktionLow StressSubduktion

Randbecken (back arc basins)

Das Sumatra-Beben vom26.12. 2004

Sumatra-Beben 1976 - 2004

26. 12. 2004

Das Erdbeben von Arica (Chile, 1868)

Subdukgtionsgeschwindigkeit

45°V = 8 cm/Jahr

T= 80 km / 1 Mill. JahreTiefe in 1 Million Jahre:T = 80 x sin (45) = 53 kmMax. Tiefe der Erdbeben ~ 700 kmmax Dauer :700 / 53 = 12,3 Mill. Jahre

In 1 Million Jahre:8 x 10 6 cm / 1 Mill. Jahre

Fossile Subduktionszonen:

Eine ehemalige Subduktionszoneerkennt man am Vorhandensein von:

Ophiolithen(Ophiolithische Sutur)

magmatischen Gesteinenmagmatischen Gesteinen

Hochdruck-Gesteinen (Blauschiefer)Hochdruck-Gesteinen (Blauschiefer)

Allgemeine GeologieTeil VI

TerraneTerrane

Terrane im NW Nordamerikas

Aus Howell, D.G., 1987 (Spektrum)

Terrane des Nordpazifik

Terrane des Südpazifik

Chinesische Terrane

Zirkumpazifische Terrane

Aus Eisbacher, 1991

Schräge Kollision

vtPlatte uuu rrr+=

u Platte

Akkretionierte Krustenteile

Aus Eisbacher, 1991

TerraneEin Terran muß eine tektonostratigraphische Einheit bilden.

Mehrere Terrane können von Nachfolge-Becken (successor basins)oder Überlappungsabfolgen (overlap sequences) bedeckt werden.

Zwei Terrane können durch einen Nahtpluton (stitching pluton)verbunden werden.

Man unterscheidet:angelagerte Terrane (accreted terranes)versprengte Terrane (displaced terranes)exotische Terrane (exotic t.)zusammengesetzte Terrane (composite t.)

Terrankarte der nördlichen Appalachen

Das Cimmeria-Terran

Die europäischen Terrane

Das europäische Terran-Puzzle

Zentral-iberischeZone

ArmoricanischesMassiv

MassifCentral

Böhmische Masse

Saxo-Thuringikum

Mitteldeutsche

Kristallinschwelle

Elbe Linie

300 Mill. Jahre

EuropäischeZent ral -

350Mill.

VariszischeGebirge

Suturen

Alpine

Stadium 5Restmeer (Beispiel: Mittelmeer)

Das Mittelmeer und Schwarze Meer als Restmeere

Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Terrankarte des Mittelmeers

IGCP 369

Tektonische Karte Adria, Ionisches Meer

IGCP 369

Stadium 6Kontinent-Kontinent-Kollision

Kontinent-Kontinent-Kollision

kontinentaleKruste

Slab-breakoffSlab-

breakoff

Über-schiebungen

Sutur-zoneSutur-zone

OphiolitheOphiolithe

MélangeMélange

Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum)

UnderplatingUnderplating

Kontinent-Kontinent-Kollision

Asthenosphäre

Litho-sphäre

Vorland-becken

Zentral-gürtel

Akkretions-keil

Hinterland

Regionale Metamorphoseund Anatexis Mantel-

delamination

Umgezeichnet nach Eisbacher, 1991

Auftrieb

Das archimedische Prinzip(Isostasie)

Astheno-sphäre

Kollision Indiens mit EurasienKrustenver-kürzunginsgesamt2000 kmin 40 Ma

Krustenver-kürzunginsgesamt2000 kmin 40 Ma

Entstehung des Himalaya

University of Western Australia

Profil durch den zentralen Himalaya

TranshimalayaHoher HimalayaNiedererHimalayaSubhimalaya

UnterkrusteOberkruste

Siwalik Sedimente

Externe Klippen

Zentrales KristallinMiozäne Granite

Indus-ZangboSutur

PaläozoischeSedimente

Batho-lithe

Main Frontal Thrust Main Boundary Thrust

Schmelze

S-Typ-GraniteMerkmale:

Hohes Sr-Initial

Zweiglimmer-Granit

Granodiorit-Massive im afghanischen Hindukush

Granodiorit

Meta-Sedimente

Indenter-Tektonik

Indenter-Tektonik in den Ostalpen

Tektonik im Himalaya-Hinterland

Konvergenz

Dehnung

Escape-Tektonik

nach Press & Siever, 1995 (Spektrum)

Die Alpen

heutige Situation

palinspastischeRekonstruktion

Profil durch die Westalpen

Aus Eisbacher, 1991

Kollision der Adria-Platte

Mantel dereuropäischen Platte

Mantel deradriatischen Platte

Europäische Unterkruste

Adriatische UnterkrusteEuropäische

Oberkruste Adriatische OberkrusteSedimente

PeriadriatischeNahtChur

Mailand0

nach Faupl, P., 2000

Dinariden und Helleniden

Aus Burchfiel, B.C., 1987 (Spektrum)

Profil durch Kontinental-Griechenland

Aus Jacobshagen, V., 1986

Profil durch die Appalachen

Zentral-gürtel

VorlandVorlandFalten- und

Überschiebungs-gürtel

Falten- undÜberschiebungs-

gürtel

Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher

Strukturen in Kollisions-Gebirgen

Decken-Stapelung

Falten im m-Bereich Falten im cm-Bereich

Profil durch die Moose-Mountain-Struktur (W‘ Calgary)

Eisbacher, 1991

Schnitt durch ein Kollisions-Orogen

Kollisions-Typen

Decken,Falten,

Überschiebungen

Decken,Falten,

Überschiebungen

S-Typ-GraniteS-Typ-Granite

keine Decken

Plutone

I-Typ-GraniteI-Typ-Granite

Alpiner Kollisions-TypAlpiner Kollisions-TypKontinent-Kontinent-Kollision

Andiner Kollisions-TypAndiner Kollisions-TypKontinent-Ozean-Kollision

Teil VIISS 2005 Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00 Uhr

Intraplatten-VulkanismusIntraplatten-Vulkanismus

Indischer Ozean und West-Pazifik

Morphologie des WestpazifikSeamountSeamount

GuyotGuyot

Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum)

Die Hawaii-Emperor-Kette

Wichtige Hot Spots

Hot Spot: Tuzo Wilson 1963Hot Spot: Tuzo Wilson 1963

Herkunft eines Hot Spots

Plattenbewegung und stationärer Hot Spot

Aus Wilson, T.J., 1984 (Spektrum)

Hot Spots und Seamounts im Pazifik

http://volcano.und.nodak.edu/vwdocs/vwlessons/hot_spots/introduction/html

Vulkanketten an Hot Spots

Alter der Hawaii-Inseln

Satelliten-Foto der Hawaii-Inseln

Der Tuamotu-Archipel (Südpazifik)

Aus Bodechtel & Gierloff-Emden, 1969

Hot Spots im Atlantik

Nach Wilson, J.T, 1984 (Spektrum)

Island (0.1)Färöer (50)

Azoren (20)Madeira (90)

Ascension (1)

Sao Tomé (120)

Fernando Po (120)

Gesteine und ihr physikalischesVerhalten

Gesteine:

MagmatiteMagmatite

SedimentiteSedimentite

MetamorphiteMetamorphite

Kreislauf der Gesteine

Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)I-Typ

MagmaName von Durochet 1847 (isländische Laven)Name von Durochet 1847 (isländische Laven)

Magma ist eine natürliche GesteinsschmelzeMagma ist eine natürliche Gesteinsschmelze

Entstehung:Entstehung: Subduktionoder

Kollision

Subduktionoder

Kollision

Entstehungsräume:Entstehungsräume: mittlereuntere kontinentale Kruste

oberer Erdmantel

Aufbau kontinentaler Krustemit paläozoischer Orogenese

Eigenschaften von Magmen

Magmen sind silikatische SchmelzlösungenMagmen sind silikatische Schmelzlösungen

molekular-dispersoder dissoziiert

Es herrschen

Assoziations-Polymerisations

Gleichgewichte

Bausteine der Polymere

SiO4-TetraederSiO4-Tetraeder

basische und saure MagmenSiO4—Tetraeder sind nicht verknüpft:SiO4—Tetraeder sind nicht verknüpft:

Inselsilikatebasische MagmenInselsilikatebasische Magmen

dünnflüssigdünnflüssig

SiO4-Tetraeder bilden PolymereSiO4-Tetraeder bilden Polymere

Ketten- Gerüstsilikatesaure MagmenKetten- Gerüstsilikatesaure Magmen

zähflüssigzähflüssig

fluide (volatile) Bestandteile H20CO2COHClHFO2N2H2H2S

Rheologie

Das rheologische Verhalten einer Schmelze (oder eines festen Gesteins unter hohem Druck) beschreibt das Fließverhalten.

Das Fließverhalten wird durch die Viskosität gesteuert.

Ableitung der Viskosität

⋅⋅=

ViskositätkeiteschwindigStrömungsgv

Dimension:tl

tlmltl

⋅⋅⋅

⋅⋅

= 222η Poisecm

g 1sec

1 =⋅

Fließverhalten von Magmen

laminares Fließenlaminares Fließen

turbulentes Fließenturbulentes Fließen

Die Reynoldsche Zahl

ρ;η ηρ vr ⋅⋅

laminar turbulentRe < 2000 Re > 2000

laminares und turbulentes Fließen

η groß : laminar Granitη groß : laminar Granit

η klein : turbulent Basaltη klein : turbulent Basalt

v klein : laminarv groß : turbulentv klein : laminarv groß : turbulent

Erkennung des Fließverhaltens

PhänokristallePhänokristalle XenolitheXenolithe

Beispiele für laminares Fließen

Zentralböhmischer Pluton Weinsberger Granit

FluidaltexturenFluidaltexturen

Viskosität von Magmen

Basalt ca. 300 PoiseBasalt ca. 300 Poise

Granit ca. 105 – 108 PoiseGranit ca. 105 – 108 Poise

Abkühlung einer Magmenkammer

4 kmDichte = 2.9 g/cm3

Wärme pro Masse ist:

LxTcmq

+Δ⋅=

c = spezifische WärmeΔT = AbkühlungLx = latente Kristallisationswärme

Basalt

Volumen = r2 π h3153 10200200 cmkm ⋅=≈

Die Masse ist:

ggm 1715 108.5102009.2 ⋅=⋅⋅=

FortsetzungDie Abkühlung ΔT sei 200°CDie spezifische Wärme von Basalt ist 0.33cal/(g°C)Die Kristallisationswärme vom Basalt ist 90 cal/g

Die Abkühlung ΔT sei 200°CDie spezifische Wärme von Basalt ist 0.33cal/(g°C)Die Kristallisationswärme vom Basalt ist 90 cal/g

Die gesamte Wärme, die abgeführt werden muß, damit die Magmenkammer um 200°C abkühlen kann ist damit: Die gesamte Wärme, die abgeführt werden muß, damit die Magmenkammer um 200°C abkühlen kann ist damit:

calCgCcalq 17108.5)9020033.0( ⋅⋅+

°⋅°⋅

⋅= cal191005.9 ⋅=Die Abkühlzeit kann aus dem Wärmefluß berechnet werden:Die Abkühlzeit kann aus dem Wärmefluß berechnet werden:

WärmeflußFlächeWärmeZeit

ZeitFlächeWärmeWärmefluß

⋅= ;

Fläche des Zylinders ohne Unterfläche: F = 2 π r h + r2 π = 151 km2Fläche des Zylinders ohne Unterfläche: F = 2 π r h + r2 π = 151 km2

sec1005.91010151

1005.9 15610

⋅=⋅⋅

⋅= −t Jahre1900000

3652460601511005.9 15

=⋅⋅⋅⋅

Bimodalität der MagmenH

äufig

% SiO248% 73%

Basalt Granit

Intrusiv- und Effusivgesteine

PlutonitePlutonite

VulkaniteVulkanite

Abkühlung

Plutonite : langsame Abkühlung (Holokristalline Textur)

Vulkanite : schnelle Abkühlung (hemikristalline Textur)

Die wichtigsten MagmatiteBasaltBasalt GabbroGabbro

RhyolithRhyolith GranitGranitAus Press & siever,1995 (Spektrum Lehtbücher)

Texturen

holokristalline Textur hemikristalline(ophitische) Textur

porphyrische Textur

Vulkanite

ophitischeTexturophitischeTextur

Weinsberger Granit

Temperaturen von Gesteinsschmelzen

Basaltische Laven > 1100°CBasaltische Laven > 1100°C

intermediäre Laven 800-900°Cintermediäre Laven 800-900°C

Granit + Wasser 650°CGranit + Wasser 650°C

Granit trocken 950 °CGranit trocken 950 °C

Teil VIIISS 2005 Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00 Uhr

Löslichkeit von Wasser in Schmelzen

p [kbar]3

1 2 3 4 5 6 7Gew.% Wasser

BasaltGranit

p [kbar]3

1 2 3 4 5 6 7Gew.% Wasser

BasaltGranit

Abhängigkeit des Schmelzpunkts vom Wassergehalt

1100 °C

Granit

Basalt

1100 °C

Granit

Basalt

Veränderungen in der Magmenkammer

Die Feldspäte

Differentiation

N. L. BowenN. L. Bowen

Kristallisationsfolge in einem GangB

Olivin

PlagioklasundPyroxen

ÜberwiegendPlagioklas

Nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Pegmatite

Turmalinkristalle im Pegmatit

SinkgeschwindigkeitDas Stokesche Gesetz.

⋅Δ⋅⋅⋅

2 2rgv

g=Erdbeschleunigungr= PartikelradiusΔρ=Differenz spez.Gewicht der Kristalle spez.Gew. der Schmelzeη=Viskosität

Sinkgeschwindigkeit von Plagioklas mit r = 1mmSinkgeschwindigkeit von Plagioklas mit r = 1mm

3000 P 23 m/Jahr3000 P 23 m/Jahr 300 P 50 m/Jahr300 P 50 m/Jahr 100 P. 173 m/Jahr100 P. 173 m/Jahr

Intrusions-Tiefe von PlutonenIntrusions-Tiefe von Plutonen

1) Epizonale PlutoneVulkanoplutone, Hochplutone

Sediment (ρ=2.4 g/cm3) Xenolithe eckigXenolithe eckig

Hypersolvus-Granit

PerthitOr

feinkörnigfeinkörnig

Der Brocken-Granit

Red Hills, Isle of Skye (innere Hebriden)

2) Mesozonale Plutone> 10 km Tiefe> 10 km Tiefemetamorphe Gesteine

ρ=2.6-2.8

Xenolithe gerundetXenolithe gerundet

Subsolvus-Granit(d.h. Or- und Pl-Feldspatsind beide auskristallisiert)

LaminationLamination

Textur grobkörnigTextur grobkörnig

Temperatur der Umgebung in15 km Tiefe 450°CTemperatur der Umgebung in15 km Tiefe 450°C

3) Katazonale PlutoneTiefe ca. 20 kmTiefe ca. 20 km

Unscharfe KontakteUnscharfe Kontakte

in situ Injektionenin situ Injektionen

Xenolithe schlierigXenolithe schlierig

Temperatur in ca. 20 km Tiefe:600°C

VulkanismusVulkanismus

Einteilung der Vulkanite1.) an der Oberfläche:

Förderung effusiv (Lava)Förderung effusiv (Lava)

Förderung explosiv (Pyroklastika, Aschen, Tuffe,Bomben, Ignimbrite)

Lavaströme auf Hawaii

Lavastrom des Kilauea

Hawaii

Lavastrom auf La Palma (Kanaren)

Tuffe bei Ankara

Tuffe an der Riegersburg

Vulkanbauten

Förderkanal

Lagergang(sill)

Schlotfüllung mitradialen GängenAschenablagerung

nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lwehrbücher)

Basische Gänge in Granit

Die größten Vulkanausbrüche in den letzten 200 Jahren

Aus Pichler, H., 185 (Spektrum)

Druckverhältnisse

Plithostatisch

Plithos > PGasHypomagmaPlithos > PGasHypomagma

Plithos < PGasPyromagmaPlithos < PGasPyromagma

entgast: Epimagmaentgast: Epimagma

Explosives Verhalten

fallende Temperaturfallende Temperatur

KristallisationKristallisation Steigung des DampfdrucksSteigung des Dampfdrucks

Gasdruck > lithostatischerDruck

ExplosionExplosion

PyroklastikaPyroklastika

Der Vesuv-Krater

Der Zentral-Krater von Santorini

Die Caldera de Taburiente

La Palma (Kanaren)

Der Begriff Caldera

Explosions-CalderaExplosions-Caldera

Einsturz-CalderaEinsturz-Caldera

Caldera (span.) Der KesselName von Leopold von Buch (1825)Caldera (span.) Der KesselName von Leopold von Buch (1825)

Erosions-CalderaErosions-Caldera

Caldera-Einbrüche, Ring-Dykes, Cone-Sheets

Caldera-EinbruchRing-Dyke

Cone-Sheet

Bildung einer Caldera

Magmen-kammer

Entgasung pyroklastischeStröme

Bedeckung durchIgnimbrite

Neues Magma steigt auf neue Eruptionen heiße Quellen und

GeysireUmgezeichnet nach Friedrich, W.L. et al., 1985 (Spektrum)

Eine plinianische Säule

Plinius d. Ä.23-79 n. Chr.Plinius d. Ä.23-79 n. Chr.

Umgezeichnet nach Friedrich, W.L. et al., 1985 (Spektrum)

Bimsstein (Pumice)

im oberen Bereich einer Magmenkammer reichern sich SiO2-reiche Schmelzen an.im oberen Bereich einer Magmenkammer reichern sich SiO2-reiche Schmelzen an.

Diese schäumen auf und bilden Bimsstein (Pumice).Diese schäumen auf und

bilden Bimsstein (Pumice).

Teil 9SS 2005 Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00 Uhr

Pyroklastische Ströme

Glutwolke

nach Francis, P., 1985 (Spektrum)

Pyroklastischer Strom

Aus Francis, P. & Self, S., 1985 (Spektrum)

Verbreitung von Aschen

Explosion der Toba-Caldera auf Sumatra vor 75 000 JahrenExplosion der Toba-Caldera auf Sumatra vor 75 000 JahrenAus Francis, P., 1985 (Spektrum)

Caldera-Ausbrüche in Nordamerika

1 Mill.J. Valles-C.(Neu Mexiko)

700 000 J. Long-Valley-Caldera (Kalifornien)

700 000 J. Long-Valley-Caldera (Kalifornien) 600 000 J. Yellowstone-Caldera

(Wyoming)600 000 J. Yellowstone-Caldera

(Wyoming)Aus Francis, P., 1985 (Spektrum)

Krakatau-Ausbruch 1883

Vor dem Ausbruch 1883Vor dem Ausbruch 1883

Nach Francis, P. & Self, S., 1985 (Spektrum)

Krakatau 1883

Nach dem AusbruchNach dem Ausbruch

Nach Francis, P. & Self, S., 1985 (Spektrum)

Neuer Vulkan in der Krakatau-Caldera

Der neue Vulkan entstand 1927Der neue Vulkan entstand 1927Nach Francis, P. & Self, S., 1985 (Spektrum)

Laacher See

vor 11 000 Jahrenvor 11 000 Jahren

Aschen bis nach Ostpreussen transportiertAschen bis nach Ostpreussen transportiert

(Eifel)

Die Explosion der Santorini-Caldera

Minoische Kulturen in der Ägäis: rot: durch die Santorini-Explosion zerstörtMinoische Kulturen in der Ägäis: rot: durch die Santorini-Explosion zerstört Aus Friedrich et al., 1985 (Spektrum)

Entstehung der Thera-Caldera um 1500 v.Chr.

vor 4000 J. bestandeine einheitliche

Vulkaninsel (BraunVulkanite, grün: Trias

vor 4000 J. bestandeine einheitliche

Vulkaninsel (BraunVulkanite, grün: Trias

1.vulkanische Phase:Freisprengung eines Schlotes, untere Bimslage entsteht.

2. Meerwasser rea-giert mit Schmelze.Heftige Explosio-nen

Umgezeichnet nach Friedrich et al., 1985 (Spektrum)

Fortsetzung

Erneuter Aus-bruch fördert

die HauptmengeBimsstein.

Erneuter Aus-bruch fördert

die HauptmengeBimsstein.

Die Calderabricht ein, derheutige Ring vonInseln bildet denRand.

Jüngere Ausbrüchebilden den neuenzentralen Vulkan.

Umgezeichnet nach Friedrich et al., 1985 (Spektrum)

Bims-Ablagerung auf Thera

Schlotbrekzie

obere Tufflagen auf Thera

Ausgrabungen in AkrotiriBegleitende Erd-beben zerstörtendie minoische Siedlung Akrotiri.

Begleitende Erd-beben zerstörtendie minoische Siedlung Akrotiri.

Aus Friedrich et al., 1985 (Spektrum)

Vorlesung: Allgemeine Geologie

Teil 10SS 2005, Mo – Mi 8.15 – 9.00

Explosion des Mt. St. HelensExplosion des Mt. St. Helens

erster Ausbruch am 18. 5. 1980, 8.32 Uhrerster Ausbruch am 18. 5. 1980, 8.32 Uhr

am 22. 7. 1980 in 8 Minuten Aschewolken bis in 18 km Höhe

Subduktions-Vulkane, W-Küste N-Amerikas

Decker, R. & Decker, B., 1985 (Spektrum)

Vor dem Ausbruch

Aus Decker, R. & Decker, B., 1985 (Spektrum)

Netzgrafik: vor dem Ausbruch

Ausbruch

Ausbruch des Mt. St. Helens

Netzgrafik: nach dem Ausbruch

obere 400m wurdenweggesprengt

Der Ausbruch des Mt. St. Helens

Aus Decker, R. & Decker, B., 1995 (Spektrum)

Lava- undSchlammströme

Lahar: Schlammstromaus epi- und pyro-klastischem Material

Vulkanschäden

nach Decker, R. & Decker, B., 1985 (Spektrum)

PyroklastitePyroklastite

AschenAschen

entwurzelte Bäumeentwurzelte Bäume

Brand-schädenBrand-schäden

Schlamm-flutenSchlamm-fluten

Explosivitätsindex [E]

E = Prozentualer Anteil der PyroklastiteE = Prozentualer Anteil der Pyroklastite

effusiv: E = 0 – 33%effusiv: E = 0 – 33%

explosiv: E = 67 – 100%explosiv: E = 67 – 100%

Förderprodukte1) Lava

LavastromLavastrom

Prismen-Lava

Entstehung der Prismen-Lava

Abkühlung einer LavadeckeAbkühlung einer Lavadecke

Prismen-Lava (Rotes Meer)

Prismen-Lava (Basaltsteinbruch Klöch)

Prismen-Lava (Anti-Atlas, Marokko)

Block-Lava (La Plama, Kanaren)

Aa-LavaAa-Lava

Bildung von Strick-Lavawulstförmige Bildungen an der

Front eines Lavastromswulstförmige Bildungen an der

Front eines Lavastroms

Strick-Lava (La Palma, Kanaren)

Pahoehoe-LavaPahoehoe-Lava

Nomenklatur der PyroklastiteKorngrößen:

> 64 mm (26) Bomben> 64 mm (26) Bomben

64 – 2 mm (26 – 21) Lapilli64 – 2 mm (26 – 21) Lapilli

< 2 mm (21) Asche< 2 mm (21) Asche

TuffiteMischung von Epi- und Pyroklastiten (Lahare)Mischung von Epi- und Pyroklastiten (Lahare)

VulkanbautenVulkanbauten

Plateau-Basalte (Flutbasalte)

Plateau-Basalte entstehen über Hot SpotsPlateau-Basalte entstehen über Hot Spots

Das Columbia-River-Plateau

Der Island-Hot-Spot

Flutbasalt, Isle of Skye

Weitere Plateaubasalte

Deccan-Trapp (Indien)Deccan-Trapp (Indien)

Kaoko-Feld (Namibia)Kaoko-Feld (Namibia)

Paranà-Becken (Süd-Amerika)Paranà-Becken (Süd-Amerika)

Spalten-Effusionen

aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Effusions-Spalte auf Island

Schildvulkane

Beispiel: HawaiiBeispiel: HawaiiAus Press & Siever, 1991 (Spektrum Lehrbücher)

Stratovulkane

Der Fujiyama

Der Fujiyama ist ein StratovulkanDer Fujiyama ist ein StratovulkanPress & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Gasvulkane (Maare)

Aus Lorenz, V. 1985 (Spektrum)

Das Weinfelder Maar bei Daun

Aus Lorenz, V. 1985 (Spektrum)

Entstehung eines MaaresTal

Grund-wasser

Bruch-zone

Grund-wasser

Bruch-zone

Grund-wasserKontakt-zone

aufstei-gendesBasalt-magma

Grund-wasserKontakt-zone

aufstei-gendesBasalt-magma

Erup-tions-kam-mer

Lapilli

Erup-tions-kam-mer

Lapilli

umgezeichnet nach Lorenz, V., 1985 (Spektrum)

Maare in der Steiermarkt: Im Bereich Altenmarkt - Riegersburg

postvulkanische Erscheinungen

Exhalationen:Exhalationen:

Basalt:Basalt: CO2, CO, H2, CH4, H2SCO2, CO, H2, CH4, H2S

Andesit:Andesit: H2O, HCl, HFH2O, HCl, HF

postvulkanische Erscheinungen

Fumarolen:Fumarolen: Gas, DampfGas, Dampf

Solfataren:Solfataren: H2SH2S

Mofetten:Mofetten: CO2CO2

Wechselwirkung Magma – meteorisches Wasser

nach Press & Siever, 1991 (Spektrum Lehrbücher)

Störungs-zone

einsickerndesRegenwasser

aufsteigendesheißes Wasser

heiße Quelle

Geysir

Geysire im Yellowstone-Park

Thermalwässer

Ladarello (Toskana)Ladarello (Toskana)

Steirisches ThermengebietSteirisches Thermengebiet

AachenAachen

Schwäbische Alb

Island

Neuseeland

Teil 11Prof. Eckart Wallbrecher

SS 2005Mo – Mi 8.15 – 9.00 Uhr

MetamorphiteMetamorphite

Definition der MetamorphoseUmwandlung im festen ZustandUmwandlung im festen Zustand

Phasen-UmwandlungPhasen-Umwandlung

Muskowit + QuarzMuskowit + Quarz Sillimanit + Orthoklas + WasserSillimanit + Orthoklas + Wasser

KAl2(AlSi3O10)(OH)2 + SiO2KAl2(AlSi3O10)(OH)2 + SiO2 Al2SiO5 + KAlSi3O8 + H2OAl2SiO5 + KAlSi3O8 + H2O

Paragenese AParagenese A Paragenese BParagenese B

abhängig von Druck (p) und Temperatur (T)abhängig von Druck (p) und Temperatur (T)

ansteigend:ansteigend: progradprograd (Dehydrierung)(Dehydrierung)

absteigend:absteigend: retrogradDiaphthoreseretrogradDiaphthorese

Beispiel für retrograde Metamorphose

Umwandlung von Granat in ChloritUmwandlung von Granat in Chlorit

Mineralphasen200 400 600 800 °C

200 400 600 800 °C0

Al2SiO5Al2SiO5

AndalusitAndalusit 3.1 g/cm33.1 g/cm3univariantes Gleichgewicht

invarianterPunkt

DisthenDisthen

3.6 g/cm33.6 g/cm3

SillimanitSillimanit

3.2 g/cm33.2 g/cm3

Gibbsche Phasenregel:p+f=k+2

Metamorphose und Temperaturgradienten

p –T-Pfad200 400 600 800 °C

200 400 600 800 °C0

progradprograd

retro-gradretro-grad

Versenkungs-Metamorphose

Basalt/GabbroBasalt/Gabbro

BlauschieferBlauschiefer

EklogitEklogit

Regional-Metamorphose

Basalt/GabbroBasalt/Gabbro

GrünschieferGrünschiefer

AmphibolitAmphibolit

Regional-Metamorphose

TonsteinTonstein

PhyllitPhyllit

GlimmerschieferGlimmerschiefer

GneisGneis

Kontakt-Metamorphose

TonsteinTonstein KnotenschieferKnotenschiefer HornfelsHornfels

umgezeichnet nach Press & Siever, 1995, (Spektrum Lehrbücher)

TexturenZunahme der Metamorphose

Zunahme der Korngröße

Ausgangs-gestein

TonsteinTonstein

SchichtungSchichtung Transversal-SchieferungTransversal-Schieferung

TonschieferTonschiefer

kristallineSchieferungkristallineSchieferung

Glimmer-Schiefer

BänderungBänderung

GneisGneis

Die Index-MineraleRegional-Metamorphose (G. Barrow, 1912)Regional-Metamorphose (G. Barrow, 1912)

Isograden

Die Barrow-Zonen in Schottland

Mineralfazies

Pentii Eskola, 1914Pentii Eskola, 1914Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

metamorphes Verhalten der Gesteinefazies-empfindliche Gesteinefazies-empfindliche Gesteine

fazies-unempfindliche Gesteine (monomineralische Gesteine)

SandsteinSandstein QuarzitQuarzit

KalksteinKalkstein MarmorMarmor

TonsteinTonstein GlimmerschieferGlimmerschieferPhyllitPhyllit GneisGneis

BasaltBasalt GrünschieferGrünschiefer AmphibolitAmphibolit

fazies-unempfindliche Gesteine

QuarzitQuarzit

KalksteinKalkstein

SammelkristallisationSammelkristallisation

Migmatite

partielle Schmelzenpartielle Schmelzen AnatexisAnatexis

archäische Migmatite (Kola Halbinsel)archäische Migmatite (Kola Halbinsel)

Nomenklatur der Migmatite

PaläosomPaläosom

NeosomNeosom

LeukosomLeukosom

MelanosomMelanosom

Dynamo-Metamorphose

Scherzonen in der südlichen Böhmischen MasseScherzonen in der südlichen Böhmischen Masse

Scherzonen-Gesteine

1) spröde Deformation: Kataklasit

2) duktile Deformation: Mylonit

Kornzerkleinerung

Kern-Mantel-TexturenKern-Mantel-Texturen

AltkornNeukorn

Nomenklatur der Mylonite

Proto-MylonitProto-Mylonit

MylonitMylonit

Ultra-MylonitUltra-Mylonit

> 50% Klasten < 50% Matrix> 50% Klasten < 50% Matrix

50 – 10% Klasten 50 – 90% Matrix50 – 10% Klasten 50 – 90% Matrix

< 10% Klasten > 90% Matrix< 10% Klasten > 90% Matrix

Pseudotachylithe

GesteinsglasGesteinsglas

InjektionsadernInjektionsadern

„fossile Erdbeben“„fossile Erdbeben“

Prof. Eckart WallbrecherSS 2005

Mo – Mi 8.15 – 9.00 Uhr

Teil 12

Exogene DynamikExogene Dynamik

VerwitterungVerwitterung

Verwitterung und Transport

Erosion Transport SedimentationAus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

chemische und physikalische Verwitterung

VerwitterungVerwitterung

chemischchemisch

LösungLösung Rückstand(Boden)

Rückstand(Boden)

KorntrennungKornzerkleinerung

physikalischphysikalisch

chemische Verwitterungmit Rückstand

FeldspatKAlSi3O8

Lösung(K2O)Lösung(K2O)

RückstandTon (Al-, Si-)RückstandTon (Al-, Si-)

ohne Rückstand

CaCO3 + H2O + CO2 Ca2+ + 2HCO3-CaCO3 + H2O + CO2 Ca2+ + 2HCO3-

KalzitKalzit

Karbonat-Fällung

Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + H2O + CO2Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + H2O + CO2

Wenn CO2 entweicht, wird Kalzit gefällt.

CO2 kann von Pflanzen aufgenommen werdenoder bei hohen Temperaturen in die Atmo-

sphäre entweichen.

CO2 kann von Pflanzen aufgenommen werdenoder bei hohen Temperaturen in die Atmo-

sphäre entweichen.

Karbonat-Fällung

Die Band-i-Amir-Seen in Afghanistan

Sinter-Terrassen in Pamukale (Türkei)

Chemische VerwitterungDissoziierung im Meerwasser:

Pyroxen (MgSiO3)Pyroxen (MgSiO3) Mg2+ + SiO32-Mg2+ + SiO32-

Hydratation:

4KAlSi3O8 + 4H2O4KAlSi3O8 + 4H2OAl4(OH)8Si4O10+ 2K2O + 8SiO2

Al4(OH)8Si4O10+ 2K2O + 8SiO2

Oxidationsverwitterung:

4FeSiO3 + O2 + H2O4FeSiO3 + O2 + H2O 4FeO(OH)+ 4SiO2

4FeO(OH)+ 4SiO2

Rauchgas-Verwitterung

(saurer Regen)(saurer Regen)

CO2, SO2, SO32-, SO4

2-, NOxCO2, SO2, SO32-, SO4

2-, NOx

Geschwindigkeit der VerwitterungKalzitKalzit

OlivinOlivinAnorthitAnorthit

PyroxenPyroxenAlbitAlbit

BiotitBiotitOrthoklasOrthoklas

MuskowitMuskowitTonTon

QuarzQuarzAl-OxideAl-Oxide

Fe-OxideFe-Oxide

Löslichkeit

chemisch-biologische Verwitterung

HuminsäurenHuminsäuren

Einbau von Kationen aus dem Gestein in Pflanzen

Physikalische Verwitterung

Zersetzung eines GranitsZersetzung eines Granits

unverwitterterGranit

Rißbildungan Korngrenzen

Lockerungdes Kornverbandes

Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

TemperaturverwitterungTag- Nachtunterschiede in ariden GebietenTag- Nachtunterschiede in ariden Gebieten

Kernsprung in einem GranitblockKernsprung in einem Granitblock

Frostverwitterung

Wasser hat die max. Dichte bei4° C. Eisbildung im Porenraumzerstört den Gesteinsverband.

Salzverwitterung

Im ariden Klima werden Salze aus dem Gestein gelöst. Bei Verdunstung kristalli-

sieren diese im Porenraum aus und sprengenden Gesteinsverband.

Im ariden Klima werden Salze aus dem Gestein gelöst. Bei Verdunstung kristalli-

sieren diese im Porenraum aus und sprengenden Gesteinsverband.

Salzverwitterung

Exfoliation an Graniten der östlichenWüste (Ägypten)

Verwitterung erfolgtschalenförmig

Dolerit-Verwitterung

Zwiebelschalige Verwitterung eines Dolerit-PillowsZwiebelschalige Verwitterung eines Dolerit-Pillows

Physikalisch-biologische Verwitterung

Turgordruck der Pflanzenwurzeln> 10 kg/cm2

Abhängigkeit vom Klima

KlimafaktorenKlimafaktoren

NiederschlagNiederschlag TemperaturTemperatur

humid - aridhumid - arid tropisch - polartropisch - polar

Verwitterung und Bodenbildung

polar Temperatur kein gemäßigt-

humidFrost-

chemisch

Klima Verwitterung Boden

siallitisch

warm-arid

Temperatur,Salz kein

warm-humid chemisch allitisch

siallitisch: Rückstand aus Si- Al- Mineralen (z.B. Kaolin)siallitisch: Rückstand aus Si- Al- Mineralen (z.B. Kaolin)

allitisch: Rückstand nur Al-Minerale (+ Fe-, Mn-Oxide)z.B. Gibbsit (Al(OH)3) Bauxit = Gibbsit + Fe-Oxide

Verwitterung im ariden Gebiet

Mauretanien kein Bodenkein Boden

Bodentypensiallitischer

Bodensiallitischer

A) Humus undverarmter

Boden (Quarzu. Tonminerale)

B) Fe- u. Al-Oxidhydrategefällt. CaCO3weggeführt.

C) anstehenderGranit

A) Humusu. verarm-ter Boden

B) gefälltesCaCO3

C) anstehen-des Gestein

Humus fehlt

Fe u. Al-Oxide

Fe- reicheTone u. Al-Hydroxide

anstehendesGestein

umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Prärie-bodenPrärie-boden

Laterit-BodenLaterit-Boden

Wechselwirkung: Erosion und TektonikNegative Rückkopplungzwischen Heraushebung,Abtragung und Oberflä-

chen-Relief

Negative Rückkopplungzwischen Heraushebung,Abtragung und Oberflä-

chen-Relief

Abtragungm/Mill.J.Abtragungm/Mill.J.

Erniedrigung derGipfelhöhe

tektonische Heraushebungm/Mill.J.

erhöhte Abtragungdurch Heraushebungerhöhte Abtragungdurch Heraushebung

Hypsometrische Kurve

Kontinent

Ozean-Boden

0-2-4-6-8

4 16 36 64 100 %

Kontinent

Ozean-Boden

0-2-4-6-8

4 16 36 64 100 %

http://jove.geol.niu.edu/faculty/stoddart/LPSC/images/p21.jpg

Transport

Transportmedien:Transportmedien:

WindWind

Wasser (Flüsse)Wasser (Flüsse)

Eis (Gletscher)Eis (Gletscher)

Windtransport

äolische Sedimenteäolische Sedimente

in Bodennähe:in Bodennähe:

turbulente Srömungturbulente Srömung

Merkmale des Windtransports

niedrige Dichte des Mediumsniedrige Dichte des Mediums

flächenhafte Wirkungflächenhafte Wirkung

gute Sortierung der Korngrößengute Sortierung der Korngrößen

transportierte Korngrößen in Abhängigkeit von der Windstärke

1/10 mm Durchmesser 1.5 m/sek.1/10 mm Durchmesser 1.5 m/sek.

1/2 mm Durchmesser 7 m/sek.1/2 mm Durchmesser 7 m/sek.

1 mm Durchmesser 15 m/sek.1 mm Durchmesser 15 m/sek.

10 mm Durchmesser 25 m/sek.10 mm Durchmesser 25 m/sek.

Transport der Sandkörner am Boden

Der bodennahe Transport der Sandkörnererfolgt meist springend (Saltation). Durch

Kollision ergeben sich matte Kornoberflächen.

Der bodennahe Transport der Sandkörnererfolgt meist springend (Saltation). Durch

Kollision ergeben sich matte Kornoberflächen.nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

erosive Wirkung des Windtransportes

Pilzfelsen (Östliche Wüste, Ägypten)

Entstehung eines Steinpflasters (Hamada)

Gemisch ausgrob- und fein-

körnigem Material

Gemisch ausgrob- und fein-

körnigem Material

Der Windbläst das

feine Materi-al heraus.

Der Windbläst das

feine Materi-al heraus.

Das Steinpfla-ster schützt vor weiterer Aus-

blasung.

Das Steinpfla-ster schützt vor weiterer Aus-

blasung.

Deflation:

Hamada in Mauretanien

Sandtransport

Sandverwehung über ein Wadi (Mauretanien)

Windsedimente (Dünen, Erg)Hinter einem Hindernisbilden sich Turbulenzenund Sandverwehungen.

Hinter einem Hindernisbilden sich Turbulenzenund Sandverwehungen.

Die Sandwehen werden größer, sind aber noch getrennt.

Die Sandwehen schließen sich zu einer Düne zusammen.

Wandern einer Düne

Wind transportiert Körnerauf die Leeseite.Wind transportiert Körnerauf die Leeseite.

Entstehung einer instabilenLagerungEntstehung einer instabilenLagerung

Abrutschen der instabilen Lage. Wandern der DüneAbrutschen der instabilen Lage. Wandern der Düne

umgeteichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

transportierte Sandmenge

0 20 30 40 50 60Windgeschwindigkeit (km/h)

fläch

0 20 30 40 50 60Windgeschwindigkeit (km/h)

fläch

Begrenzung der Höhe

Durch Höhenwachstum werden die Strömungslinienzusammengedrückt. Geschwindigkeit steigt, gesamterSand wird transportiert. Höhenwachstum hört auf.

Dünen in Mauretanien

Dünenformen

Barchan(Sicheldüne)Barchan(Sicheldüne)

Transversaldüne(Reihendüne)Transversaldüne(Reihendüne)

Longitudinaldüne(Strichdüne)Longitudinaldüne(Strichdüne)

Barchane (Mauretanien)

Erg Tifernin (Süd-Algerien)

NASA-Foto S65-63829, Gemini VII

BarchaneBarchane

Die Namib-Wüste

TransversaldünenTransversaldünen

NASA-Foto 65-2652, SCI-1195, Gemini V

Allgemeine Geologie

Teil 13Vorlesung SS 2005

Mo, Di, Mi 8.15 –9.00

Transport durch fließendes Wasser

a) in Lösunga) in Lösung

b) in festem Zustandb) in festem Zustand

laminares und turbulentes Fließenlaminares Fließenlaminares Fließen

turbulentes Fließenturbulentes Fließen

Stromlinien kreuzen sich nichtStromlinien kreuzen sich nicht

keine Durchmischung der Schichtenkeine Durchmischung der Schichten

Stromlinien kreuzen sichStromlinien kreuzen sich

starke Durchmischungstarke Durchmischung

Flußtransport

SuspensionsfrachtSuspensionsfracht

BodenfrachtBodenfracht

LösungsfrachtLösungsfracht

Transportvermögen eines Flusses

KompetenzKompetenz größte transportierte Geröllegrößte transportierte Gerölle

KapazitätKapazität gesamte transportierte Frachtgesamte transportierte Fracht

Imbrikation der FlußgerölleImbrikation der Flußgerölle

Typische Flußsedimente

flacher Luvhangflacher Luvhang FließrichtungFließrichtung

FließrichtungFließrichtung

steiler Leehangsteiler Leehang

Schwemmkegel

SchwemmkegelSchwemmkegel

MäanderbildungErosion am PrallhangErosion am Prallhang

Sedimentation am GleithangSedimentation am Gleithang

AltwasserarmAltwasserarm

neuer Flußverlaufneuer Flußverlauf

Die Donau-Schlinge bei Schlögen

Mäanderbildung am Mississippi

Terrassenbildung

Terrassen sind alte Talböden. sie werden bei geringem Fluß-Gefällegebildet (Warmzeiten) und wieder teilweise erodiert, wenn der Flußein höheres Gefälle hat (Eiszeiten).

Terrassen sind alte Talböden. sie werden bei geringem Fluß-Gefällegebildet (Warmzeiten) und wieder teilweise erodiert, wenn der Flußein höheres Gefälle hat (Eiszeiten).Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Schichtfluten (Debris Flow)Entstehung einer PedimentflächeEntstehung einer Pedimentfläche

Transport durch Eis (Gletscher)Transport durch Eis (Gletscher)

Mächtigkeit des Inlandeises in Grönland

Eismächtigkeit in der Antarktis

Haushalt eines GletschersAkkumulationAkkumulation AblationAblation

SublimationSublimationSchneefall,EisbildungSchneefall,Eisbildung

Akkumulation < Ablation : RückzugAkkumulation < Ablation : Rückzug

Akkumulation = Ablation : StillstandAkkumulation = Ablation : Stillstand

Akkumulation > Ablation : VorrückenAkkumulation > Ablation : Vorrücken

Bildung vonEisbergenBildung vonEisbergen

Dichte Luftgehalt [%] Korngröße [mm ]

Ausbildung des Gletschereises

Frischer Schnee 0.05 – 0.1 90 0.1

Firn 0.5 – 0.6 40 1

weißes Gletschereis 0.8 10

blaues Gletschereis 0.9 2mehrerecm

Eistyp

Nur laminares Fließen

Plastisches Fließen durch Translation an Gitterebenen der Eiskristalle

Laminares Fließen eines Gletschers

Bewegung eines Gletschers

„warmer“ Gletscher„warmer“ Gletscher

Untergrund

Untergrundwassergefüllte

Tunnelwassergefüllte

Tunnel

geschmolzenes Eis an der Basisgeschmolzenes Eis an der Basis

Wassertropfenzwischen den

Kristallen

Wassertropfenzwischen den

Kristallen

Bewegung eines Gletschers

„kalter“ Gletscher„kalter“ Gletscher

Untergrund

Bewegung überwiegenddurch plastisches FließenBewegung überwiegenddurch plastisches Fließen

kaltes, trockenesEis (am Unter-

grund festgefroren)

kaltes, trockenesEis (am Unter-

grund festgefroren)losgebrochene

Blöckelosgebrochene

Blöcke

Gletscherfracht

AkkumulationAkkumulation

AblationAblation

SeitenmoräneSeitenmoräne

GletscherstirnGletscherstirn

Schmelz-wasser

Schmelz-wasserGletscherspaltenGletscherspalten

Sander-SedimenteSander-SedimenteEndmoräneEndmoräne

GrundmoräneGeschiebemergelGrundmoräne

Geschiebemergel

Seiten- und Mittel-Möränen

Anstehendes GesteinAnstehendes Gestein

HauptgletscherHauptgletscher

FirnfeldFirnfeld

SeitengletscherSeitengletscher

Seiten-moränenSeiten-

moränen

Mittel-moränenMittel-

moränen

Moränen

EndmoräneEndmoräne

GrundmoräneGrundmoräne

SeitenmoräneSeitenmoräne

MittelmoräneMittelmoräne

Moränen: petrologischeZusammensetzung

Geschiebemergel (Grundmoräne)Geschiebemergel (Grundmoräne)

TilliteTillite

DiamiktiteDiamiktite

Extrem schlechte KornsortierungExtrem schlechte Kornsortierung

Entstehung von HängetälernHängetalHängetal

WasserfallWasserfall

Das Gurgler-TalGletscherkanteGletscherkante

HängetalHängetal

Talform vor dem GletscherTalform vor dem GletscherGletscher formt ein U-TalGletscher formt ein U-TalU-Tal nach Abschmelzen des GletschersU-Tal nach Abschmelzen des Gletschers

Entstehung von Bergrutschen

Abrutschen an den übersteilen Hängendes U-Tales

Der Bergsturz von Köfels

Maurach-RiegelMaurach-RiegelSee-SedimenteSee-Sedimente

Vorland des Gletschers

GletscherGletscher

GeschiebemergelGeschiebemergel

SanderflächeSanderfläche

Fluvioglaziale SedimenteFluvioglaziale Sedimente

ToteisblockToteisblock

Entstehung von Toteis-Seen

Dropstones

Bestimmung der Fließrichtung an Rundhöckern

Ermittlung der Fließrichtung des Eises

Norddeutschland - Polen Alpen Nordamerika

Rückzugstadien der pleistozänenVereisung

WeichselSaale

Elster

MindelGünz

Wisconsin

IllinoisKansasNebraska

Urstromtäler der Weichsel -Eiszeit

Glogau – Baruther - Urstromtal

Warschau – Berliner - Urstromtal

Thorn – Eberswalder - UrstromtalThorn – Eberswalder - Urstromtal

Allgemeine Geologie

Mo, Di, Mi 8.15 –9.00

Sedimentationsbereiche

SeeSee

FlußFluß

StrandStrand

WattWatt

SchelfSchelf

Kontinentalhang

TiefseeTiefsee

DeltaDelta

GletscherGletscher

WüsteWüste

SedimentationSedimentation

Mariner BereichMariner Bereich

Marine Forschungsprojekte

1968 Deep Sea Drilling Project (DSDP)1968 Deep Sea Drilling Project (DSDP)

Forschungsschiff Glomar CallengerForschungsschiff Glomar Callenger

Nachfolge Projekt: Ocean Drilling Project (ODP)Nachfolge Projekt: Ocean Drilling Project (ODP)

Forschungsschiff: Joides Resolution Forschungsschiff: Joides Resolution

Das Deep Sea Drilling Project(Ocean Drilling Project)

Das Bohrschiff JoidesResolution

Meeresbereiche

1) Küste (Litoralbereich)1) Küste (Litoralbereich)

2) Flachmeer (Sublitoral)2) Flachmeer (Sublitoral)

3) Schelf (bis 200m Tiefe)3) Schelf (bis 200m Tiefe)

4) Kontinentalhang4) Kontinentalhang

5) Tiefsee5) Tiefsee

Litoral-BereichLitoral-Bereich

Einfluß der Gezeiten (Wellen)Einfluß der Gezeiten (Wellen)

Dynamik der Wellen

FortpflanzungsrichtungFortpflanzungsrichtung

WellenlängeWellenlänge

Wellen-höhe

Wellen-tal

Grundgleichung einer Welle

V = Geschwindigkeit

λ = Wellenlänge

ν = Frequenz

Das Brechen einer Welle

nur horizontale Bewegungnur horizontale Bewegung

ZunehmendeElliptizität

Wellenkämmewerden höherWellenkämmewerden höher

BrecherBrecher

BrandungBrandung

Ansteigender

MeeresbodenAnsteigender

Meeresboden

StrandStrand

Profil durch den Litoralbereich

DünenfeldDünenfeld

trockener Strand

VorstrandVorstrandSchelfSchelf

WattWatt

Strandliniebei Flut

Strandliniebei Ebbe

Strand-hang

Brandungs-zone

Brandungskehlen an einer Steilküste

Bay of Fundy (New Brunswick, Kanada)

BrandungskehleBrandungskehle

Strandgerölle

Ein fossiler Litoralbereich (Proterozoikum, Anti-Atlas, Marokko) Ein fossiler Litoralbereich (Proterozoikum, Anti-Atlas, Marokko)

Oszillationsrippeln

Oberdevon (Altvater-Gebirge)Oberdevon (Altvater-Gebirge)

Verwitterung im Brandungsbereich

Tafoni-Verwitterung

Schelfbereich (Flachmeer)Kontinentalränder:Kontinentalränder:

aktiv:aktiv: HebungHebung ErosionErosion

passiv:passiv: EinsinkenEinsinken

SedimentationSedimentation

kein Schelfkein Schelf

Breiter SchelfBreiter Schelf

Breite Schelfbereiche

passiver Kontinentalrand(Afrika)

Höhenschichtmodell eines passiven Kontinentalrandes

(Ostküste der USA)

Höhenschichtmodell eines passiven Kontinentalrandes

(Ostküste der USA)

Aktive Kontinentalränder

Aus Eisbacher, 1988

Atektonische Meeresspiegel-Schwankungen

eustatischeustatisch

Während der Eiszeiten war der Meeresspiegel ca,130mniedriger, in dieser Zeit entstanden die Schelfbereiche Während der Eiszeiten war der Meeresspiegel ca,130mniedriger, in dieser Zeit entstanden die Schelfbereiche

Fluß-Deltas

Das Mississippi-DeltaDas Mississippi-Delta

Das Nildelta

Aufbau eines DeltasMündungsarmMündungsarmSalzmarschSalzmarsch

flacheBucht

Sedimenteder Delta-plattform

Deltafront

DeltafußDeltafuß

Sandbank(Mündungsbarre)

Silt und Ton

Ton, wenig Silt

Der Kontinentalhang

Continental Slope (Neigung ca. 4°)Continental Slope (Neigung ca. 4°)

SchelfSchelfKontinentalhang

Kontinentalhang TiefseeTiefsee

fluviatileSande

Strand-sandeStrand-sande

Flachwasser-sande

RutschungenRutschungen

KontinentalfußKontinentalfuß Tiefsee-EbeneTiefsee-Ebene

Submarine Rutschungen(Slumpings)

Rutschung

Beispiel für ein Slumping

Kelbé-Quarzit (Mauretanien)Kelbé-Quarzit (Mauretanien)

Submarine Canyons

Kongo-mündungKongo-

mündung

3000m3000m 10 km10 km

Seismisches Profil durch den submarinen Canyon des KongoSeismisches Profil durch den

submarinen Canyon des Kongo

Submariner FächerSchelfSchelf

Kontinental-hang

submarinerFächer

Tiefsee-EbeneTiefsee-Ebene

submarinerCanyon

Trübestrom (turbidity current)

SchelfSchelf

Kontinentalhang

KontinentalhangK.-FußK.-Fuß Tiefsee-EbeneTiefsee-Ebene

SedimenteSedimente Rutschungen (durch Erdbeben)Rutschungen (durch Erdbeben)

Suspensions (Trübe)- StromSuspensions (Trübe)- Strom

TurbiditTurbidit

ruhiges Wasserruhiges Wasser

TurbiditTurbiditSuspensions-Ströme können überall ent-stehen, wo schwereres Material in Wasser eingebracht wird (Dichtestrom).Das Phänomen wurde zuerst im Genfer-Seeentdeckt.

Suspensions-Ströme können überall ent-stehen, wo schwereres Material in Wasser eingebracht wird (Dichtestrom).Das Phänomen wurde zuerst im Genfer-Seeentdeckt.

Phänomene am Kontinentalhang

submariner Canyonsubmariner Canyon

TurbiditTurbidit

RutschungenRutschungen

OlisthostromOlisthostrom

Auslösung eines Trübestromsdurch ein Erdbeben 1929 bei Neufundland

Kabel bricht durch ErdbebenKabel bricht durch Erdbeben

59 min später bricht ein Kabeldurch Trübestrom

Seemeilen

Geschwindigkeit des Trübestroms: 40 – 55 km/hGeschwindigkeit des Trübestroms: 40 – 55 km/hUmgezeichnet nach Press & Siever, 1991

gradierte Schichtung (graded bedding)

1. Turbidit1. Turbidit

Profil eines typischen TurbiditesBouma-Zyklus (Arnold H. Bouma)Bouma-Zyklus (Arnold H. Bouma)

a: Gradierte Schichtung(grobes Material an derBasis, nach oben feinerwerdend)

b: untere Laminierungb: untere Laminierung

c: Strömungsrippelnc: Strömungsrippeln

d: obere Laminierungd: obere Laminierung

e: tonige Sedimente (normales Sediment)e: tonige Sedimente (normales Sediment)

proximale und distale Turbidite

proximalproximal

distaldistal

Proximal:Proximal:

Grobkörnig,Grobkörnig,

GesteinsbruchstückeGesteinsbruchstücke

FeldspäteFeldspäte

Distal:Distal:

ohne Feldspatohne Feldspat

Wo und wann kommen Turbiditevor?

Turbidite werden meist durch Erdbeben ausgelöst,sie entstehen deshalb meist während der Gebirgs-

bildung (synorogene Sedimente).

Turbidite werden meist durch Erdbeben ausgelöst,sie entstehen deshalb meist während der Gebirgs-

bildung (synorogene Sedimente).

Sedimente, die aus Turbiditen bestehen, werdenFlysch

genannt.

Sedimente, die aus Turbiditen bestehen, werdenFlysch

genannt.

Proximaler Flysch (Frankenwald)

Aufbau eines Turbidites

grobkörniggrobkörnig

Flysch als „Oben-unten“-Kriterium

grobkörnig,stratigraphisch

feinkörnig,stratigraphisch

Flysch (Altvater-Gebirge)

stratigraphischoben

stratigraphischunten

Flysch-Sequenz (Altvater-Gebirge)

Karpaten-Flysch (alpin)

Flysch (Appalachen)

Merkmale der Flysch-SedimenteTurbidit-Sedimente sind fossilarm (Schnelle Ablagerung)Turbidit-Sedimente sind fossilarm (Schnelle Ablagerung)

Die Lagerung von grobem Material an der Basis einesTurbidites auf Tonen der Normal-Sedimentation ruft

typische

Unterflächen-Markenhervor.

Die Lagerung von grobem Material an der Basis einesTurbidites auf Tonen der Normal-Sedimentation ruft

typische

Unterflächen-Markenhervor.

SchlammSchlamm

SandSand

BelastungsmarkenBelastungsmarken

Load Casts (Appalachen)

Belastungsmarken (load casts)

Belastungsmarken an Turbidit-Unterflächen

(Altvater-Gebirge)

Belastungsmarken an Turbidit-Unterflächen

(Altvater-Gebirge)

Convolute Bedding(Flysch der Izmir-Ankara-

Zone, Türkei)

Convolute Bedding(Flysch der Izmir-Ankara-

Zone, Türkei)

Strömungsmarken (Groove Casts)

kaledonischer Flysch, Southern Uplands, Schottlandkaledonischer Flysch, Southern Uplands, Schottland

StrömungsrichtungStrömungsrichtung

Strömungsmarken (flute casts)

AllgemeinerGeologie

Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00

Die TiefseeDie Tiefsee

Der AtlantikTiefsee-Ebenen(abyssal plains)> 5000m Tiefe

Tiefsee-Ebenen(abyssal plains)> 5000m Tiefe

Profil durch den Atlantik

N-amerikanischePlatte

AfrikanischePlatte

SedimentbeckenSedimentbecken

Profil durch den mittelatlantischen Rücken

Tiefsee-Sedimente

Sedimentationsrate sehr gering: ca. 1mm/1000J.Sedimentationsrate sehr gering: ca. 1mm/1000J.

feinkörnige Sedimente (< 0.025 mm Durchmesser)feinkörnige Sedimente (< 0.025 mm Durchmesser)

Material: Ton, vulkanisches Glas, QuarzMaterial: Ton, vulkanisches Glas, Quarz

ca. 10% der Sedimente durch Windtransportca. 10% der Sedimente durch Windtransport

Karbonat-Sedimentation bis ca. 3500 bis 4000 m Wassertiefe überwiegend

Sedimente aus Schalen planktonischer Organismenbis ca. 3500 bis 4000 m Wassertiefe überwiegend

Sedimente aus Schalen planktonischer Organismen

Foraminiferen-Schlamm

GlobigerinenGlobigerinen

Karbonat-Kompensationstiefe

mittelozeanischerRücken

Karbonat-KompensationstiefeKarbonat-Kompensationstiefe

AuflösungAuflösung

Karbonat-SedimenteKarbonat-Sedimente

Plankton-Organismen mit KarbonatgehäusenPlankton-Organismen mit Karbonatgehäusen

Tiefenwasser ist kalt und unter hohem Druck. Deshalb Anreicherung von CO2

CO2 + H2O H+ + HCO3-CO2 + H2O H+ + HCO3

CaCO3 + H+ + HCO3- Ca2+ + 2HCO3

-CaCO3 + H+ + HCO3- Ca2+ + 2HCO3

Anreicherung von Sauerstoff

Fe2+O2 Fe3+

Roter TiefseetonRoter Tiefseeton

Tiefsee-SedimenteRoter TiefseetonRoter Tiefseeton

Sedimente aus Kieselsäureschalen oder Kieselsäureskeletten

DiatomeenDiatomeen

RadiolarienRadiolarien

RadiolaritRadiolarit

SedimentgesteineSedimentgesteine

Sedimentgesteine

klastische Sedimenteklastische Sedimente

chemische Sedimentechemische Sedimente

organogene Sedimenteorganogene Sedimente

klastische Sedimente

Transport: Abtragungsgebiet MeerTransport: Abtragungsgebiet Meer

Nomenklatur nach der Korngröße

Die ϕ-SkalaDie ϕ-Skala

ϕ = -log2 DD = Durchmesser [mm]ϕ = -log2 DD = Durchmesser [mm]

ϕ=8 bedeutet: D=2-8 = 1/28 = 1/256ϕ=8 bedeutet: D=2-8 = 1/28 = 1/256

Die Phi-Skala

ϕ > 8 8 - 4 4 - (-1) -1 – (-6)

mm: < 1/256 1/256 – 1/16 1/16 – 2 2 - 64Ton Silt Sand Kies, Steine

Tonstein Siltstein Sandstein Konglomerate

Pelite Psammite Psephite

Indikatoren für Transport-Medium, -Weite, Herkunftsgebiet

Korndurchmesser [mm]

mittel

Sortierung der KorngrößeSiebanalyse:Siebanalyse: SiebkurvenSiebkurven

Sortierunggut

schlecht

gut: z.B. äolisches Sedimentgut: z.B. äolisches Sediment

mittel: z.B. fluviatiles Sedimentmittel: z.B. fluviatiles Sediment

schlecht: z.B. glaziales Sediment,Schlammströme (Muren, debris flow),Olistostrome

Sortierungskurven

SummenkurveSummenkurve

logarithmische Kurvelogarithmische Kurve

Transportweite

Rundung der KörnerRundung der Körner schlecht: geringe Transportweiteschlecht: geringe Transportweite

gut: weiter Transportgut: weiter Transport

Reife des SedimentsReife des Sediments Feldspat vorhanden: geringer TransportFeldspat vorhanden: geringer Transport

kein Feldspat: weiter Transportkein Feldspat: weiter Transport

KorngrößeKorngröße groß: geringer Transportgroß: geringer Transport

klein: weiter Transportklein: weiter Transport

Transport und Korngrößen im Buntsandstein

Kornoberfläche

Mattierung:Wüste, WindtransportMattierung:Wüste, Windtransport

Ausbildung der Schichtung

Gradierung: TurbiditGradierung: Turbidit

Kreuzschichtung: Dünen,Flachsee,Fluß

Strömung

Rippeln:Rippeln:

asymmetrisch: Fluß-, Windtransport

symmetrisch: Oszillation,Strand, Wattenmeer

Herkunft des Sediments

Schwermineral-Spektren (ρ > 2.9 g/cm3):Schwermineral-Spektren (ρ > 2.9 g/cm3):

z.B. Zirkon: magmatische Herkunftz.B. Zirkon: magmatische Herkunft

z.B. Granat: metamorphe Herkunftz.B. Granat: metamorphe Herkunft

Nomenklatur (Klassifikation)

Korngröße: Arenit = SandsteinArenit = Sandstein

z.B. Quarz-Arenit,Kalk-Arenit

feldspatreich: Arkosefeldspatreich: Arkose

FeldspatFeldspat

Nomenklatur nach den Komponenten

Quarz Feldspat

lithischeKomponenten

Quarz-ArenitQuarz-ArenitArkoseArkose

LitharenitLitharenit

Grauwacke,Tonmatrix

PsephiteKomponenten gerundet:

KonglomerateKomponenten gerundet:

KonglomerateKomponenten eckig:

BrekzienKomponenten eckig:

Brekzien

Korn- und matrixgestützteKonglomerate (Brekzien)

korngestütztkorngestützt

KonglomeratKonglomerat BrekzieBrekzie

matrixgestütztmatrixgestützt

Komponenten

Alle Komponenten aus dem gleichen Gestein: monomiktAlle Komponenten aus dem gleichen Gestein: monomikt

Komponenten aus verschiedenen Gesteinen: polymiktKomponenten aus verschiedenen Gesteinen: polymikt

Konglomerate, Brekzien

Bankinterne Brekzie

Molasse-Sedimente

Old-Red-Konglomerate (Schottland)Old-Red-Konglomerate (Schottland)

Transgressionskonglomerate

Alte LandoberflächeAlte Landoberfläche

Die Sardische Diskordanz

Transgressions-Konglomerat

Huttons Diskordanz (Siccar Point bei Edinburg)Huttons Diskordanz (Siccar Point bei Edinburg)

chemische Sedimentechemische Sedimente

Karbonate

Kalk (Kalzit) CaCO3Kalk (Kalzit) CaCO3

Dolomit (Ca,Mg) CO3Dolomit (Ca,Mg) CO3

Chemische Fällung:Chemische Fällung:

Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + H20 + CO2 Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + H20 + CO2

Karbonat-Fällung

anorganisch: langsame Fällung im Gleichgewichtanorganisch: langsame Fällung im Gleichgewicht

Kalzit D3d (trigonal-skalenoedrisch)Kalzit D3d (trigonal-skalenoedrisch)

organisch:Fällung im Ungleichgewichtorganisch:Fällung im Ungleichgewicht

Aragonit D2h (orthorhombisch)Aragonit D2h (orthorhombisch)

anorganische Karbonat-Sedimentation

Karbonat-Plattformen auf dem SchelfKarbonat-Plattformen auf dem Schelf

Bahama Banks

Grand BahamaIsland

Kleine Bahamabank(0 – 20m)

Große Bahamabank(0 – 20m)

NASA-Photo S-66-62909, Gemini XII

Bahamas, Sedimentationsbereiche

keine Sedimente vom Festland

RiffeRiffeKarbonat-Sedimente

Karbonat-Sedimente

Karbonat-Sedimentation

RiffKorallen- undAlgen-SedimenteSand

Schlamm

OoideOoide RiffRiffRiffRiff

Korallen- u.Algen-Sedimente

SchlammSchlamm

OoideOoide

Ooide, Oolithe

KristallisationskeimKristallisationskeim

KonzentrischeAragonit-LagenKonzentrische

Aragonit-Lagen

Ooide entstehenim GezeitenbereichOoide entstehen

im Gezeitenbereich

Dünnschlif eines OolithesDünnschlif eines Oolithes

Ooid-SandOoid-Sand

Biologische SedimenteBiologische Sedimente

Algenrasen und Stromatolithen

AlgenrasenAlgenrasen

StromatolithenStromatolithen Stromatolithen, Briovérien, BretagneStromatolithen, Briovérien, Bretagne

rezente Stromatolithen

Shark Bay, West-AustralienShark Bay, West-AustralienAus Stanley, 1999

RiffeRiffe

Riffkorallen (Bahamas)

Rezente Riffbildner, Korallen

Bauplan einer KoralleBauplan einer Koralle

Korallen leben in flachem Wasserbis ca. 20m Tiefe.

Da sie in Symbiose mit Grünalgen leben,brauchen sie Licht.

Korallen gehören zu den Anthozoa (Coelenteraten)Korallen gehören zu den Anthozoa (Coelenteraten)

Rifftypen

Saumriff: parallel zur KüsteSaumriff: parallel zur Küste

Atoll: auf einem SeamountAtoll: auf einem Seamount

Atolle

Tuamoto-ArchipelTuamoto-Archipel

Atoll mit zentralem Vulkan

Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Subsidenz und RiffwachstumEin Vulkan entsteht über

einem Hot spotEin Vulkan entsteht über

einem Hot spot

Der Vulkan erlischt,ein Atoll entsteht.

Subsidenz der Platte,das Riff wächst.

LaguneLagune

Weitere Subsidenz, das Riff bedeckt den Vulkan-

rest vollständig

Weitere Subsidenz, das Riff bedeckt den Vulkan-

rest vollständig

Aufbau eines Riffs

RiffRiff

Back ReefBack Reef

Riff-Schutt(Talus)

Lagune

KüsteKüste

FleckenriffeFleckenriffe

Fleckenriffe in den Malediven

Fossile RiffeFossile Riffe

weitere fossile Riffbildner:weitere fossile Riffbildner:

ArchäocyathidenSchwämmeRudistenBryozoen

Devonisches Riff

Windjana Gorge, Norwest-AustralienWindjana Gorge, Norwest-Australien

Devonisches Riff im Barrandium

unterdevonisches Riff (Konéprus bei Prag)unterdevonisches Riff (Konéprus bei Prag)

Mesozoische RiffeDas Sella-Massivin den DolomitenDas Sella-Massivin den Dolomiten

passiver Kontinentalrand10

0102030

102030

SchelfSchelf TurbiditeTurbidite

kont.Krustekont.

Kruste

Graben-füllung

TiefseeTiefsee

Platte 1Platte 1 Platte 2Platte 2Platte 3Platte 3

Vulkan-bogen

Vulkan-bogenTiefsee-

rinneTiefsee-

kont.Kruste 1kont.

Kruste 1

kont.Kruste 3kont.

Kruste 3

Platte 1Platte 1

Platte 3Platte 3

kont.Kruste 1kont.

Kruste 1

kont.Kruste 3kont.

Kruste 3

AkkretionskeilAkkretionskeil

Allgemeine Geologie

Teil 16SS 2005

Mo, Di, Mi 8.15 –9.00

EvaporiteEvaporite

Evaporite sind Eindampfungs-Gesteine, deren Komponenten bei hoher Verdunstung aus

Randmeeren oder abflußlosen Seenauskristallisieren.

Evaporite sind Eindampfungs-Gesteine, deren Komponenten bei hoher Verdunstung aus

Randmeeren oder abflußlosen Seenauskristallisieren.

Verdunstung in Randbecken

Playa-SeenAbflußlose SeenAbflußlose Seen

Der Niris-See im Süd-IranDer Niris-See im Süd-Iran

Salzflächen

NASA-Photo S-65-45720, SCI 1190, Gemini V

Salzflächen

Der Magali-See, Kenia

Sabkhas

Sabkhas sind Strandbereiche, an denen in heißem Klima Salze aus Spritzwasser des

Meeres auskristallisieren.

Sabkhas sind Strandbereiche, an denen in heißem Klima Salze aus Spritzwasser des

Meeres auskristallisieren.

Das Messiniano-Salinar

Austrocknung des Mittelmeeres durch Schließung der Straße von Gibraltar (vor ca. 6 Ma)

Das Zechstein-Salz

Evaporit-Zyklus

Reihenfolge der Ausfällung:Reihenfolge der Ausfällung:

1. CaCO3Kalzit1. CaCO3Kalzit

2. CaSO4Anhydrit2. CaSO4Anhydrit

3. CaSO4x2H2OGips

4. NaClSteinsalz4. NaClSteinsalz

5. KCl (Sylvin)KMg3Cl3x6H2O(Carnallit)

Aufstieg des Salzes, Diapire

leichtes Salzleichtes Salz

shwereresSedimentshwereresSediment

Uhrglas-StadiumUhrglas-Stadium

DiapirDiapir

Schnitt durch einen Salzstock

Salzstock von Wienhausen-Eicklingen (Niedersachsen)Salzstock von Wienhausen-Eicklingen (Niedersachsen)

Salzstöcke als Erdölfallen

porösesSediment

undurchlässiger Ton

ErdölGas

Salz-DiapireZagros-KettenSüd-IranZagros-KettenSüd-Iran

Salzdome an derErdoberfläche

Persischer Golf

aus Suppe 1985

Salzstrukturen

Salzdiapire in Norddeutschland

Diapire und Spannungsfeld

postvariszische Sedimentbecken in Mitteleuropapostvariszische Sedimentbecken in Mitteleuropa

DiapirezeichnenDehnungbei derGraben-bildungnach

Schnitt durch Mecklenburg-Vorpommern

JuraKreideSalzdiapire

Tektonik über einem Salzstock

Abschiebungen durch Lösungs-Prozesse im Dach des Salzstocks

aus Suppe 1985

Dichte von Tonstein und Salz / Tiefe

Salz hat fast keinen Porenraum. Es ändert seine Dichte nicht.aus Suppe 1985

Aufstieg eines Diapirs

Erosion

Aufstieg durch Umverteilung der AuflastAufstieg durch Umverteilung der Auflast

Passiver Kontinentalrand Amerikas

Kontinentale Kruste

Vulkanite

Sandstein

Karbonate

KreideTertiär

Ünterkreide-Intrusion

Konglo-merate

Evaporite

Diapire im Golf von Mexiko

Texas Yucatan05

101520

Texas Yucatan05

101520

Kont.Kruste

KreideKreideJuraJura

SalzdomeSalzdome

TertiärTertiär

Passiver Kontinentalrand Marokkos

Fossile Brennstoffe

Erdöl

Erdgas

Kreislauf derKohlenstoff-verbindungen

nicht erneuerbare Welt-Energievorräte

Erdöl und Erdgas

geschätzte Weltölreserven

ErdölGrundformel der Kohlen-wasserstoffe:Grundformel der Kohlen-wasserstoffe:

CnH2n+2CnH2n+2

Erdölmuttergestein

Sapropel (Faulschlamm):es entsteht mehr organisches Material, als durch Oxidation (Verwesung) zersetzt wird.

Bedingungen für die Eröl-Entstehung1. Produktion von organischem Material1. Produktion von organischem Material

2. organisches Material darf nicht oxidieren (euxinische Fazies)2. organisches Material darf nicht oxidieren (euxinische Fazies)

3. Organisches Material muß von Sediment bedeckt werden.3. Organisches Material muß von Sediment bedeckt werden.

4. Organisches Material muß aufgeheizt werden (Erdölfenster).4. Organisches Material muß aufgeheizt werden (Erdölfenster).

5. Erdöl muß aus dem Erdölmuttergestein (Sapropel) in dasporöse Speichergestein migrieren können. 5. Erdöl muß aus dem Erdölmuttergestein (Sapropel) in dasporöse Speichergestein migrieren können.

6. Es muß eine Erdölfalle entstehen (Falten, Diapire). 6. Es muß eine Erdölfalle entstehen (Falten, Diapire).

Erdölfallen

Falte (Sattel)Falte (Sattel) VerwerfungVerwerfung

stratigraphischstratigraphisch

SalzstockSalzstock

Eine Offshore Bohrung

nach Press & Siever, 1995

Bohrplattform

Anker Bohrgestänge

Kameras

Blowoutpreventer

Bohrloch-Ausbau

Bohr-kroneBohr-

Kohle-Vorkommen

limnische Kohlen: (intramontane Becken)limnische Kohlen: (intramontane Becken)

paralische Kohlen: Küstensäume (Deltas)paralische Kohlen: Küstensäume (Deltas)

Kohlevorkommen in Europa

TorfTorf

Übergang von Torf zu BraunkohleÜbergang von Torf zu Braunkohle

Übergang von Braunkohle zu SteinkohleÜbergang von Braunkohle zu Steinkohle

AnthrazitAnthrazit

Gliederung der Ruhrkohle

Bildung von Erdöl, Erdgas und Kohle

nach Bahlburg & Breitkreuz (2003)

Allgemeine Geologie

Teil 17E. Wallbrecher

SS 2005 Mo, Di, Mi, 8.15 – 9.00

Entstehung von Festgesteinen

Diagenese

Umwandlung: Lockergestein zu Festgestein

Ton (Schlamm)Ton (Schlamm) TonsteinTonstein

SandSand SandsteinSandstein

KalkschlammKalkschlamm KalksteinKalkstein

Stofftransport im Sediment:Stofftransport im Sediment:

Porosität = Porenvolumen / GesamtvolumenPorosität = Porenvolumen / Gesamtvolumen

Diagenese

1.) Verfestigung durch Porenzement: 1.) Verfestigung durch Porenzement:

SandsteinSandstein KieselsäureKieselsäure

KarbonatKarbonat

TonTon

EisenverbindungenEisenverbindungen

2.) Kompaktion2.) Kompaktion

TonTon EntwässerungEntwässerung

Kompaktions-kurve

nach Bahlburg & Breitkreuz (2003)

Verfestigung durch Porenzement

PorenraumPorosität: e = Porenvolumen / GesamtvolumenPorosität: e = Porenvolumen / Gesamtvolumen

relativer Porenraum: Porenvolumen/Volumen der festen Anteilerelativer Porenraum: Porenvolumen/Volumen der festen Anteile

E = gfp VVV =+

Nutzporosität

Nutzporosität: Raum, der durch Tränkungmit einer Flüssigkeit gefüllt werden kann.Nutzporosität: Raum, der durch Tränkungmit einer Flüssigkeit gefüllt werden kann.

Die Porosität ist abhängig von der Sortierung nach KorngrößeDie Porosität ist abhängig von der Sortierung nach Korngröße

Abhängigkeit von Korngröße und

Sortierung

0.10 0.14 0.18 0.22 0.26 0.30 0.34

S0 = 1.06

S0 = 1.13

S0 = 1.28

S0 = 1.62

S0 = 2.09

0.10 0.14 0.18 0.22 0.26 0.30 0.34

S0 = 1.06

S0 = 1.13

S0 = 1.28

S0 = 1.62

S0 = 2.09

max. Sortierung = 1

Änderung des Porenraumes durch Auflast

starke Änderung bei Tonenstarke Änderung bei Tonen

geringe Änderung bei Sandgeringe Änderung bei Sand

Adsorption von Ionen

5040 30 20 10

Äquivalentprozenteder Kationen inPorenlösungenaus 406 Bohrungen

Stratigraphie

Relative Altersbeziehungen

StratigraphieStratigraphie

LithostratigraphieLithostratigraphie

BiostratigraphieBiostratigraphie

mit Leitfossilienmit Leitfossilien

Nikolaus Steno (1638 – 1687)Nikolaus Steno (1638 – 1687)

erste tektonische Profilserieerste tektonische Profilserie

Stratigraphie, Leitfossilien,Sedimentation, TektonikStratigraphie, Leitfossilien,Sedimentation, Tektonik

Entstehung der toskanischen Landschaft (N. Steno)

1) Ablagerung älterer Sedimente (aus dem Urmeer der Genesis)

2) Trockenlegung, Bildung von Hohlräumen

3) Einbruch

4) Ablagerung jüngerer Sedimente mit Fossilien (Sintflut)

5) erneute Hohlraumbildung

6) erneuter Einbruch der jüngeren Schichten

Sedimentationslücken (Diskordanzen)

Sedimentation Hebung Abtragung erneute Sedi-mentation

Erosionsdiskordanz:Erosionsdiskordanz:

Diskordanzen (Fortsetzung)

WinkeldiskordanzWinkeldiskordanz

Sedimentation Gebirgsbildung,Abtragung

Einebnung Absenkung,Sedimentation

zeitliche Abfolge

1. Sedimentation1. Sedimentation

2. Faltung2. Faltung

3. Intrusion3. Intrusion

4. Abschiebung4. Abschiebung

Transgression des Torridon-Sandsteins auf Lewisian Gneis

Transgression

Lewisian-Gneiss

Torridon-Sandstein

SequenzstratigraphieSequenz : unten und oben von Diskordanzenbegrenzter SedimentkörperSequenz : unten und oben von Diskordanzenbegrenzter Sedimentkörper

Seismische Muster von Schüttungskörpern

Turbidit-AblagerungTurbidit-Ablagerung

submariner Schwemmfächersubmariner Schwemmfächer

SchelfsedimenteSchelfsedimente

Flachwasser-AblagerungenFlachwasser-Ablagerungen

terrestrische undDelta-Ablagerungenterrestrische undDelta-Ablagerungen

MassenbewegungenMassenbewegungen

Entstehung von Massenbewegungen

natürlicher Böschungswinkel

Wasser im Porenraum

dünner Wasserfilm im Porenraumhält die Partikel durch die Ober-flächenspannung zusammen.

alle Partikel sind durch Wasser getrennt. Das Material fließt.alle Partikel sind durch Wasser getrennt. Das Material fließt.

Erdrutsch, durch Erdbeben

Schäden durch Erdrutsche

verschiedene Massenbewegungen

Bergsturz Bergrutsch Steinlawine

Talform vor dem GletscherTalform vor dem GletscherGletscher formt ein U-TalGletscher formt ein U-TalU-Tal nach Abschmelzen des GletschersU-Tal nach Abschmelzen des Gletschers

Entstehung von Bergrutschen

Abrutschen an den übersteilen Hängendes U-Tales

Der Bergsturz von Köfels

Maurach-RiegelMaurach-RiegelSee-SedimenteSee-Sedimente

Bodenkriechen

1 – 10 cm/Jahr

Bodenfließen

mehrerekm/Stundemehrerekm/Stunde

Solifluktion (in Permafrost- Gebieten)

Rutschungen

Eine Rutschung ist ein langsamesGleitenEine Rutschung ist ein langsamesGleiten

Katastrophe von Vajont (1963)

Allgemeine Geologie

Teil 18E. Wallbrecher

SS 2005 Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00

Der Kreislauf des WassersDer Kreislauf des Wassers

Verteilung des Wassers auf der

Der Kreislauf des Wassers

angegeben in 1000 km3/Jahr

Niederschlag

Verdunstung an der Oberfläche (Pflanzen): EvaporationVerdunstung an der Oberfläche (Pflanzen): Evaporation

VersickerungVersickerung

Aufsaugen durch Pflanzen und Verdunstung: TranspirationAufsaugen durch Pflanzen und Verdunstung: Transpiration

GrundwasserGrundwasser

AbflußAbfluß

Regenschatten

Wasserspeicher

GrundwasserGrundwasser

Grundwasserleiter (Aquifer)

unverfestigterSand

Sand-stein

guteSortierung

schlechteSortierung

dichterTonstein

geklüfteterTonstein

umgezeichnet nachPress & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

Porosität und Permeabilität

Grundwasseroberfläche

Niveau des Grundwasserspiegels

Niederschlagsperiode

Trockenperiode

gespanntes Grundwasser

GrundwasserstauerAquifer

artesischerBrunnenartesischerBrunnen

umgezeichnet nachPress & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)

schwebender Grundwasserhorizont

Absenkung der Grundwasseroberfläche

Süßwasserlinsen

Süßwasserlinse auf salzigemGrundwasserSüßwasserlinse auf salzigemGrundwasser

Förderung von Salzwassernach zu starker EntnahmeFörderung von Salzwassernach zu starker Entnahme

GrundwasserfließenHenry Darcy (1803 – 1858)

hydraulischer Gradient: Δh / lhydraulischer Gradient: Δh / l

Durchlässigkeit (Permeabilität):Durchlässigkeitskoeffizient (k)Durchlässigkeit (Permeabilität):Durchlässigkeitskoeffizient (k)

Q= WassermengeQ= Wassermenge

Darcysches Gesetz:l

AhKQ⋅⋅Δ⋅

A = Querschnitth= Viskosität

Das Darcysche Gesetz

Darcysches Gesetz(Darcy, 1853)

Vi = Fließgeschwindigkeit (Vektor)kij = Permeabilität (Tensor)η = Viskosität des FluidesPp = Porenfluid-Druck

piji dx

dPkv ⋅=

Karstmorphologie

Thermalwässer

SS 2005Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00 Uhr

Prof. Dr. E. WallbrecherTeil 17

Die Strukturgeologie umfaßt:DeformationTransport von LithosphärenteilenRotation

DeformationTransport von LithosphärenteilenRotation

Der Bertachtungsbereich geht vom Kristallgitter bis zurLithosphärenplatte

Jedes Lithosphärenstück ist Kräften ausgesetzt, dieverschieben,verdrehen,

deformieren.

Jedes Lithosphärenstück ist Kräften ausgesetzt, dieverschieben,verdrehen,

deformieren.

Ursachen global (z.B. Plattenbewegung)lokal (z.B. Bergstrurz)

Material reagiert mitDeformation oder Bruch

TranslationRotation

Deformation oder BruchTranslation

Rotation

Deformation kann sein:

vorübergehend: elastische Deformation

viskoses Fließenpermanent: plastische Deformation

Deformation kann sein:

vorübergehend: elastische Deformation

viskoses Fließenpermanent: plastische Deformation

Gefüge (Kristallgitter bis Lithosphärenmaßstab)

Mylonit (Rodl-Störung) Kalkschiefer (Platania, Pilion)

Wissenbacher Schiefer, Harz Anti-Atlas, Marokko

GefügeelementeGefügeelemente können sein: penetrativ

nicht penetrativGefügeelemente können sein: penetrativ

nicht penetrativ

Kräfte:

1)Körperkräfte (z.B. Gravitation)2)Flächenkräfte (z.B. Spannung)1)Körperkräfte (z.B. Gravitation)2)Flächenkräfte (z.B. Spannung)

Kräfte und Spannungen

⋅=Kraft:

Spannung:

Deformationspfade

Deformationspfad

datierter Deformationspfad

Indikatoren (marker) für finite Deformationz.B. Fossilien

UndeformierterTrilobit

DeformierterTrilobit

z.B. Sediment-Strukturen

Undeformierter Oolith Deformierter Oolith

Gravitation und lithostatischer Druck

Gravitation:F = m g; g = 9.81 m/sec2

F = ρ V g; ρ = spez. Gewicht,V= Volumen

F = ρ H A g

Gravitation:F = m g; g = 9.81 m/sec2

F = ρ V g; ρ = spez. Gewicht,V= Volumen

F = ρ H A g

lithostatischer Druck:

σlith = F/A = ρ g H

lithostatischer Druck:

σlith = F/A = ρ g H

Flächenkräfte:1) kompressiv

2) dehnend AF

Wenn keine Translation oder Rotation erfolgen soll:

FAB = - FBA

F = Fn + FsF = Fn + Fs

Zerlegung von Kräften:

Normalkraft

Scherkraft

Vorzeichen-Vereinbarung für Scherkräfte:

Positiv: Sinistral Negativ: dextral

Zerlegung von Spannungen:Spannungsvektoren können genauso wie Kraftvektoren zerlegt werden:

σ σn

Normalspannung

Scherspannung

σ = σn + σs

Für Vorzeichen gilt das gleiche wie für Kräfte

σ = σn + σs

Spannungs-Ellipsoid

Spannungszustand in einem PunktWir denken uns unendlich viele Flächen, die alle durch einenPunkt P gehen. Auf jede Fläche wirkt ein Spannungsvektor.

Fläche1

σ1ΑΒ

σ1ΒΑ

Fläche 2

Das Spannungs-Ellipsoid

Hauptnormalspannungen

Die Spannungen in Richtung der Achsen des Ellipsoideswerden als Hauptnormal-Spannungen (principal stresses) bezeichnet. In

diesen Richtungen sind dieScherspannungen null.

Die Spannungen in Richtung der Achsen des Ellipsoideswerden als Hauptnormal-Spannungen (principal stresses) bezeichnet. In

diesen Richtungen sind dieScherspannungen null.

σ1 > σ2 > σ3σ1 > σ2 > σ3

Umrechnungen

1 mbar = 102 Pa = 1 Hektopascal1 bar = 105 Pa1 kbar = 108 Pa = 100 Mpa1 Mpa = 106 Pa = 10 bar1 Gpa = 109 Pa = 10 kbar

Spannungsfelder und –trajektorien 11.) reine Gravitation ohne tektonische Spannungen:

1kmGranit

W Eσyy

Koordinaten: x nach Ny nach Ez nach unten

3 1072.272.2mkg

Granit ⋅≈≈ρ

hgzz ⋅⋅= ρσ

sec100081.91072.2

mmmkg ⋅⋅

⋅⋅⋅=

= 26.7 MPaNach Means, 1976

Spannungsfelder und –trajektorien 2Spannungen in σxx und σyy:

Bei isotropem Material gilt: σxx = σyy: Bei isotropem Material gilt: σxx = σyy:

Elastizität: Poissonsche Zahl (ν)Elastizität: Poissonsche Zahl (ν) νGranit = 0.25νGranit = 0.25

hgyyxx ⋅⋅⋅−

== ρν

νσσ1

MPa9.8

7.2631

Nach Means, 1976

Spannungen in einem Profil

σσxx

yy=σzz

10 20 30

Spannungsgradienten

Nach Means, 1976

σ σ σxx yy = = 1

Ähnliche Rotations-Ellipsoide

Spannungstrajektorien

1kmGranit

W Eσyy

10 MPa σσxx

yy=σzz

10 20 30

σyy isotropeLage

Tektonische Spannungen

Spannungstrajektorien

isotrope Lage

1.) σzz = σ2; σyy = σ1; σxx = σ3

2.)isotrop: σyy = σzz = σ1= σ2

3.) σzz = σ1; σyy= σ2; σxx = σ3

Nach Means, 1976

Beispiele für Spannungstrajektorien

Spannungstrajektorienan einem kreisförmigen

Hohlraum

Umgezeichnet nach Means, 1976

Allgemeine Geologie

Teil 20Vorlesung

Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00

DeformationenDeformationen

Längenänderung

lu = undeformierte Längeld = deformierte Länge

a.) Elongation

lululde Δ

Scherung (Translation)Ψ = Scherwinkel

(Gleitwinkel)angular shear

tan ψ = d/mtan ψ = d/m

Scherung γ = tan ψScherung γ = tan ψ

Deformation durch Scherung

Bei Scherung können Dehnung und Einengung gleichzeitig auftreten.Bei Scherung können Dehnung und Einengung gleichzeitig auftreten.

Boudins in Kalksilikaten

Raabser Formation, Thaya-Tal bei Raabs

Falten in Kalkschiefern

W‘ Platania (Pilion), Griechenland

Makroskopische Deformations-Strukturenbruchlose (duktile) Deformation

bruchhafte Deformation

penetrative Deformation

nicht penetrative Deformation

Druchlose Deformation: Falten

Falten sind Krümmungen flächiger VorzeichnungenFalten sind Krümmungen flächiger Vorzeichnungen

Sattel,Antikline

Mulde,Synkline

Wenn die stratigra-phische Abfolgeunbekannt ist,

verwendet man dieBegriffeAntiform

undSynform

Wenn die stratigra-phische Abfolgeunbekannt ist,

verwendet man dieBegriffeAntiform

undSynform

Unterscheidung von FaltenForm

Lage im Raum

Falten-Amplitude

Amplitude

Öffnungswinkel

schwach gentle

offenopen

sen closed

Geometrische Klassifikation

unregelmäßig

zylindrisch

konisch

Faltenprofile1 verschieden2 kongruent3 ähnlich

Umgezeichnet nach Wallbrecher, 1986

Steile Faltenachsen

Steile Faltenachsen in Kalkschiefern (Platania/VolosGriechenland

FoliationFoliation

DefinitionFoliation bezeichnet ein penetratives

Flächen-GefügeFoliation bezeichnet ein penetratives

Flächen-Gefüge

Foliation kann sein:Foliation kann sein:

ein metamorphes Lagengefügeein metamorphes Lagengefüge

mylonitischeFoliation

SchieferungSchieferung ist eine Foliation die durch orientiertes Wachstum

von Schichtsilikaten in einer Ebene gebildet wird.Schieferung ist eine Foliation die durch orientiertes Wachstum

von Schichtsilikaten in einer Ebene gebildet wird.

Glimmerregelungin einemGlimmerschiefer

Schieferung und ungeschieferte Domänen

Achsenflächen-Schieferung

Schieferungparallel zur

Faltenachsen-Fläche

Schieferungparallel zur

Faltenachsen-Fläche

BruchtektonikBruchtektonik

echter Triaxialversuchσ1>σ2>σ3σ1>σ2>σ3 σ1

σ2σ2

σ3σ3

konjugierteScherbrüchekonjugierteScherbrüche

Dehnungs-brüche

Dehnungsbrüchebei Druckent-

latung

Dehnungsbrüchebei Druckent-

latung

KlüfteDehnungsklüfteDehnungsklüfte

KluftmusterKluftschar 1Kluftschar 1

Kluftschar 2Kluftschar 2

KluftkörperKluftkörper

Fiederklüfte

DehnungDehnung

Fiederklüfte

StörungenStörungen

Verwerfungfaultfaille, accident

Verwerfungen

Verwerfung(spröde

Deformation)

Verwerfung(spröde

Deformation)

Verwerfungszone(en échelon)

spröde Deformation

Verwerfungszone(en échelon)

spröde Deformation

Scherzoneduktile

Deformation

Scherzoneduktile

Deformation

Nomenklatur der Verwerfungen

Abschiebung

Aufschiebung

Blattverschiebung

dextraldextral

sinistralsinistral

Überschiebung mit großer Transportweite (Decke)

DeckeDecke

Decken-ÜberschiebungDecken-Überschiebung

KlippeKlippe FensterFenster

Deckenschema der Alpen

Dehnung

Dehnung : AbschiebungDehnung : Abschiebung

GrabenGraben

Einengung

σ1σ1

σ1Einengung : AufschiebungEinengung : Aufschiebung

HorstHorst

Transform-StörungenTransform-Störungen

San-Andreas-Störung

Kabir-Störung

Afghanistan

HindukushHindukush

Chaman-StörungChaman-Störung

Herat-StörungHerat-Störung

Spannungsfelder und Störungen

Konvergenz

Escape-Tektonik

Dehnung

Allgemeine Geologie (gesamte Vorlesung)

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