02.12.2010

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180 Minuten Tektonik und Geotektonik

- Temperaturanstieg mit der Tiefe

- Deformationsverhalten der Lithosphäre

- Störungen und Falten

- Plattentektonik

- Divergente Plattenränder (Rift und MOR)

- Konvergente Plattenränder (Subduktion und Kont.-

Kont.-Kollision)

- Sedimentbecken

Tolles Lehrbuch online: http://earthds.info/index.html

• Elastische Deformation

• Plastische Deformation

• Bruch (Spröddeformation)

• Abhängig von:

– Material

– Temperatur

– Umgebungsdruck

– Deformationsrate

Deformationsverhalten von Gestein

Beispiel für elastisches Verhalten der

Lithosphäre: Glazio-isostatische* Hebung von

Skandinavien seit ca. 10 000 a:

a b50

100

150

200

250

300

50

0

-10

12345

6

7

8

9

-2

7

0

Gesamt-Hebung (m) Vertikalbewegung / Jahr (mm)

Warum geht das so

langsam?

Wegen der

Viskosität der

Asthenosphäre!

* Vor 20 000 a war das Zentrum Skandinaviens von mehreren 1000 m Eis bedeckt!

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Schwarz: Interglazial (heute)

Grau: Glazial (vor 20 000 a)

Wikipedia

Deformationsverhalten

von Gestein

kg cm-2

4000

2000

0

0 2 4 6 8 10 v. H.Verkürzung

3370 kg cm-2

1700 kg cm-2

710 kg cm-2

240 kg cm-2

Bruch Bruch

Gesteinsmechanisches Labor, TU BAF

Umgebungsdruck

Deformationsverhalten von Gestein

Temperatur und Material

Fsp, Qz

Ol, Pyx

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Temperaturanstieg mit der Tiefe

(Modelle)

Für die obersten 20 km gilt: ~ 30K/Km

= Geothermischer Gradient

(regionale Schwankungen zwischen 15 und

300K/km gemessen)

0 2000 4000 60000

2000

4000

8000

6000

Mantel(fest)

äußererKern

(flüssig)

innerer Kern (fest)

Kruste

a

KRUSTEOZEAN

spröd-duktilerÜbergang

spröd

duktil

Moho

ASTHENOSPHÄRE

spröd-duktilerÜbergang

Moho

ASTHENOSPHÄRE

spröd-duktilerÜbergang

spröd

duktil

duktil

0

50

100

0

50

100

Festigkeit Festigkeita bDeformation von Lithosphäre

bei niedriger Deformationsrate

(mm/a)

Ozeanische

Lithosphäre

Kontinentale Lithosphäre

Fsp, Qz

Ol, Pyx

Ca. 1300°C

Bei hoher Deformationsrate

durchweg elastisch bis spröd,

z.B. Erdbebenwellen;

aber: in der kont. Unterkruste

keine Erdbeben möglich

Störungen

und Falten der

Oberkruste (Faults and folds)

N

S

EW

a) Abschiebung b) Aufschiebung c) Dextrale Seitenverschiebung

d) Sinistrale schräge Abschiebung

Hangendscholle

Liegendscholle

„Beach balls“

Räuml. Darstellung

der

Herdflächenlösung,

(focal plane solution),

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Aufschiebung

Blattverschiebung

Achsenflächen

Überkippter Schenkel

Aufrechter Schenkel

Vergenz

Achsenflächen

LiegendeAntiklinale

" Tauchfalte"

weite duktileScherzonemit Gneis

schmale duktileScherzone mitMylonit

Störungsbrekziemit Pseudotachylit

Störungsbrekziemit verfestigtemKataklasit

undeformierterProtolith:PorphyrischerGranit

vorherrschendduktile

Deformation

vorherrschendspröde

Deformation

Störungs-brekzien

Fsp, Qz

Ol, Pyx

Deformationsgefüge in

kontinentaler Kruste am

Beispiel einer

Blattverschiebung

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Endglieder der duktilen Deformation

• Einfache Scherung (simple shear)

• Reine Scherung (pure shear)

ReineScherung

EinfacheScherung

Kartenstapel Butter

Aktuelle Relativ-

Bewegungen, durch

präzise GPS-

Messungen gestützt

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- Auf- und absteigende Konvektion: Manteldiapire und Subduktion

- Antriebskräfte der Plattenbewegungen: - ridge push

- slab pull

- mantle convection

- interplate forces

kontinentale Lithosphäre

ozeanische Lithosphäre Asthenosphäre

'fore-arc' 'back-arc'

Übergangszone des OberenMantels

passiverKontinentalrandz.B. Westafrika

aktiver Kontinentalrandz.B. Anden

kontinentales Riftz.B. Ostafrika

Mittelozeanischer Rücken,konstruktive Plattengrenze

Inselbogen,destruktiver Plattenrandz.B. Tonga-Kermadec

ozeanischerIntraplatten-Magmatismusz.B. Hawaii

kontinentalerIntraplatten-Magmatismusz.B. Yellowstone

Subduktionszone, Tiefseerinne

Subduktionszone, Tiefseerinne

Bewegungsrichtungen derKonvektionsströme

Vorland 'fore-arc'

Bewegungsrichtungen derLithosphärenplatten

Plattengrenzen und Lage der Hot Spots

JGR 2008 Aktive Hot Spots

im Pazifik:

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Ostafrikanisches Rift System:

Bricht Afrika auseinander?

Kivu- und Rusizi-Riftgräben, Westlicher Ostafrika-Rift-Arm

Tiefsee-Sedimente

Magma-kammer

Asthenosphäre

Kissen-lava

Sheeteddykes

Gabbro

Aufbau von

Mittelozeanischen Rücken

(MOR): in 2500 m Tiefe, von

Transformstörungen

„zerlegt“

Schmelzbildung

durch

Dekompression

(tholeiitische

Basalte)

Hydrothermale Kreisläufe

(Blacksmoker etc.)

2000

3000

4000

5000

6000

[m]

20 40 60 80Alter [Ma]

MOR

5 6 8 11 13 21 25 27 32

empirische Tiefenkurve,Nordpazifik

Südpazifik (~3 cm a-1)

Nordpazifik (~5 cm a-1)

Absinken der ozeanischen

Lithosphäre (auf 5000 m) durch

Abkühlung mit zunehmendem

Alter

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0 - 5 Ma

5 - 37 Ma

37 - 66 Ma

66 - 117 Ma

117 - 208 Ma

Kontinent, Schelf, ozeanische Plattform

Alter der ozeanischen Lithosphäre: < 210 Ma

Atwater-Movies:

- SFS5_MagStripes+RevScale.mov

- Pangea2_FaultedEA.mov

-

http://emvc.geol.ucsb.edu/

Olivin

Spinell

Spinell

Oxide

überreitendePlatte

abtauchendePlatte

Trench

Magmatic arc

Back arc(Zone erhöhtenWärmeflusses)

0

200

400

600

800

200 0 200 400 600 800

Distanz vom Trench (km)

400

800

1000

1200

1400

400

600600

Benioff–Wadati-Zone = Erdbeben, an

einer abtauchenden Fläche angeordnet

Modell einer Subduktionszone, 8 cm/a;

Thermische Inversion

Volatile (H2O etc.) entweichen >>

Solidus-Erniedrigung im Mantel >>

Bildung von basaltischen Schmelzen

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Atwater-Movie:

- Subduction.mov

http://emvc.geol.ucsb.edu/

Cocos-Platte

Nordamerika-Platte

Tiefseerinne (trench) Seamounts

Topographie einer Tiefseerinne: Akkretionsprisma

Akkretionsprisma an

Subduktionszonen:

Cold Seeps, Gashydrate und

spezielle Faunen-Gemeinschaften

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Mt. St. Helens

Subduktionszonen-

Magmatismus:

Zweithöchste

Magmenproduktions-

rate

Three Sisters

Geology.com

Himalaya-Orogen = Produkt von 40 Ma Kollision India-Asia

Kollisionsfront = Sutur zwischen India und Asia

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Atwater-Movie:

- Pangea2_FaultedEA.mov

http://emvc.geol.ucsb.edu/

Allmendinger, Cornell

Subandiner Falten- und

Überschiebungsgürtel

(thrust-and-fold-belt)

Digitales Geländemodell, DEM

Elemente von Kollisionsorogenen: - Falten- und Überschiebungsgürtel

- tektonische Decken und – Fenster

- tektonische Klippen

Sediment-

becken

• Archive der Erdentwicklung

• Reservoir für wichtige Resourcen: – Wasser, Öl, Gas, Kohle

– Verschiedene Erze, andere Bau- und Rohstoffe (Sand, Kalk etc.)

• Beckentypen – Extensional: Rift, passiver Kontinentalrand

– Kompressiv: Vorlandbecken

– weitere: Impakt, Caldera, Subrosion

Ursachen der Beckenbildung

und der Subsidenz

- tektonische Dehnung

- tektonische Auflast

- lithosphärische Abkühlung

- Sedimentauflast (nie primär)

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From continental rift to

passive continental cargin

0

10

20

30

0

10

20

30

0 100 200

Mantel

Ozean

Entfernung (km)

Diskordanz

(Unterkreide)

Salzdiapir

(Obertrias)

COST

B-2

Schelfrand in

der Unterkreide

Diskordanz

(Oligozän?)

Karbonatplattform oder

Riffkomplex (Jura-Unterkreide)

Jura

Jura

ozeanische Kruste, Schicht 1

ozeanische Kruste, Schicht 2

kontinentale Kruste

TertiärKreide

Rotsedimente

Vulkanite (Trias)

Die Nordsee: Von tektonischem Rift zu Subsidenz durch Sedimentauflast

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peripheresVorlandbecken erloschene

Arc-Vulkane

a

Retro-arc-Vorlandbecken

Arc

b

ozeanischeLithosphäre

unterschiedlichekontinentale Lithosphären

Vorland-Becken

z.B. Ganges-Becken in Indien

Molasse-Becken nördlich

der Alpen

z.B. subandines Becken östlich

der Anden