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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
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
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
354cm
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.
DTDT
3
3
2
2
Mars
Erde
Mars
Erde
aa
TT
=
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
Jeder Planet ist doppelt soweit von der Sonne entfernt,wie der nächste innere
Sonn
e Mer
kur
Venu
s
Erde
Mar
s
Physikalische Eigenschaften
Die großen Planeten erzeugen 99% des Drehimpulses
Die großen Planeten erzeugen 99% des Drehimpulses
ri
mi ∑ ⋅⋅=n
ii rmD1
2ω
Theorien zur Entstehung des Sonnensystems
Theorie der stofflichen Einheit: G. Galilei (1564 – 1642)
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
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
kalt
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
24000
⋅=⋅
=
MWh3600101018
6
11
⋅⋅
=
MWh31021
⋅=
= 500 MWh= 500 MWh
Beginnende Differenzierung
500 1000 1500 2000 2500
1000
2000
3000
Tiefe
Tem
pera
tur [
°C]
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
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
0-35
-135-235
-400
-1500
-2885
-5155
-6370
Oberfläche
}} }
}
}}}}
Oberer Mantel
Übergangszone
Unterer Mantel
Äußerer Kern
Innerer KernMittelpunkt
KrusteLithosphäre
Asthenosphäre
km
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
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
4
0.5
0.02
U
13
2
0.06
Th
4
1.5
0.02
K
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
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
Atm
osph
äre
unbe
kann
t
4.5 4 3 2 1Milliarden Jahre
100
75
50
25
0Proz
ent d
er G
ase
in d
er A
tmos
phär
e
Methan, Ammoniak
Stickstoff
Kohlendioxid
Wasserdampf
Sauer-stoff
Die Uratmosphäre
Wahrscheinlich reduzierend
CO2CH4NH3H2O
Wahrscheinlich reduzierend
CO2CH4NH3H2O
Hieraus können sich Aminosäuren gebildet haben.
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
0
2HTe ⋅= λ2
693.02ln ≈=⋅ HTλ
teNN λ−⋅= 0( λ = Zerfallskonstante )
20N
N =Halbwertszeit ( TH ) :
Indirekter Zerfall:
920882
23290
920682
23892
920782
23592
109.13,
105.4,
10713.0,
⋅=→
⋅=→
⋅=→
H
H
H
TPbTh
TPbU
TPbU
Direkter Zerfall:Neutron Proton + e- (ß-Zerfall)
94020
4019
108738
8737
1047.1,
1088.4,
⋅=+→
⋅=+→−
−
H
H
TeCaK
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
)1(
)(0
−=
+=
+=
+=−
t
t
t
eNDDNNeeDNN
DNN
λ
λ
λ
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
)1(86
87
086
87
86
87
−+==
t
theutee
SrRb
SrSr
SrSr λ
IsochroneSr
Sr
87
8787
86
8686
SrSr
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):
UPb
238
206
UPb
235
207
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)
Advektion(Aufstieg von Schmelzen)
Konvektion(walzenförmiger Wärmetransport)
Konvektion(walzenförmiger Wärmetransport)
Der Temperatur-Gradient
Der Temperatur-Gradient gibt die Änderung derTemperatur mit der Tiefe an.
Der Temperatur-Gradient gibt die Änderung derTemperatur mit der Tiefe an.
ΔΤΔr [°C/m ; °C/km]
Messung des Temperatur-Gradienten
Stollen 1
Stollen 2
T1
T2
BergwerkSc
hach
t
Δr
Gradient =
T2 –T1Δr
Messung des Gradienten in Sedimenten
Aus Press & Siever, 1986
Mittlere Werte:
Mittelwert 30°C/kmMittelwert 30°C/km
Geothermische Tiefenstufe33m/°C
Geothermische Tiefenstufe33m/°C
Temperaturgänge:täglich 1mjährlich 25mPermafrost 600m
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
x λ
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
Paris
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
350 km Tiefe350 km Tiefe
550 km Tiefe550 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
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)
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
Das Bohrschiff JoidesResolution
Sedimente am Ozeanboden
alt jung
Die Vine-Mathews-Hypothese
Auf beiden Seiten des Mittelatlantischen Rückens wurden symme-trische Magnetstreifen-Muster entdeckt.
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
Umgezeichnet nach Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995
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
New Global TectonicsOliver & Sykes 1968
Die Lithosphären-Platten
Eurasische Platte
AfrikanischePlatte
NordamerikanischePlatte
Süd-amerikanische
Platte
PazifischePlatte
Indisch-australischePlatte
Antarktische Platte
7 Großplatten
Umgezeichnet nach Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995
Die Entstehung eines Ozeans
Umgezeichnet nach Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995
Wo bleibt die ozeanische Lithosphäre?
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
N
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
2.3
2.32.5
3.0
4.1
Mittelatlantischer
Rücken
1.31.7
Atlant isc
h-indischer
Rücken
2.0
2.03.0
Carlsberg-
Rücken 6.2
7.3
7.5 7.2
Südost-indischer Rücken 5.7
7.710.3
16.8
17.2 6.0
6.0
Ost
-pa
zifi
sche
rR
ücke
n
10.5
7.1
3.7
Tong
a-gr
aben
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.
Magnetische Partikelregeln sich nach demrezenten Magnetfeldein.
Aus flüssiger Lava kristallisierendeMinerale speichern das rezente Magnetfeld
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
ussi
a
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
Transform-Störungen verbindenversetzte Spreizungsachsen
Transform-Störungen verbindenversetzte Spreizungsachsen
Aufnahme des Satelliten Seasat(Gravitation)
AfrikaSüdamerika
Asien
Australien
Nord-amerika
Umgezeichnet nach Francheteau, 1984 (Spektrum)
3 verschiedene Typen von Plattengrenzen
divergierendkonvergierend Transform-Störung
Umgezeichnet nach Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995
Transform-Störungen am Westrand Nordamerikas
Die San Andreas-Störungist eine dextrale Transform-Störung
Umgezeichnet nach Press & Siever (Spektrum Lehrbücher), 1995
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
Transform-Störungen
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
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
USA
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
RTF
RRR
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 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)
Maximale Ausdehnung der ozeanischen Kruste mit passivenKontinentalrändern (Atlantik)
Subduktion der ozeanischen Kruste mit aktiven Kontinental-rändern (Pazifik)
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
Bildung eines kontinentalen Grabens
1. Stadium1. Stadium
1280°C
1550
°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.
Umgezeichnet nach Windley, 1996
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
Umgezeichnet nach Windley, 1996
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
W E
Länge 4 000 kmBreite 30 – 70 kmVersatz > 6 000 m
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
Bildung eines mittelozeanischenRückens
2. Stadium2. Stadium
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
Vorlesung SS 2005 Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00Prof Dr. E. Wallbrecher
Ausbreitung ozeanischerLithosphäre
Ausbreitung ozeanischerLithosphäre
3. Stadium3. Stadium
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
MittelozeanischerRücken
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.
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.
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.
FeO
MgONa OK O
2
2
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
2-
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
Heiße saure Lösungen reagieren mit kaltem alkalischen Meerwasser
Fällung von Metallsulfiden FeS, CuS, ZnSDurch Reaktion mit H2S aus dem Magma
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
Vorlesung SS 2003 Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00Prof Dr. E. Wallbrecher
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.
Der Begriff Ophiolith wurde von Brogniart (1827)eingeführt.
Steinmann-Trinität:SerpentinitBasalt (Kissenlava)Tiefsee-Sedimente
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
MittelozeanischerRücken
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-
Decke
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
2. Akkretionskeil-prisma
FranciscanmélangeFranciscanmélange
umgezeichnet nach Press&Siever (Spektrum)
Subduktion (Fortsetzung)3. Magmatischer
Bogen3. Magmatischer
Bogen
4. Seismizität ander Wadati-Benioff-Zone
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
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
87
<SrSr
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)
Ophiolithen(Ophiolithische Sutur)
magmatischen Gesteinenmagmatischen Gesteinen
Hochdruck-Gesteinen (Blauschiefer)Hochdruck-Gesteinen (Blauschiefer)
Allgemeine GeologieTeil VI
Vorlesung SS 2005 Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00Prof Dr. E. Wallbrecher
TerraneTerrane
Terrane im NW Nordamerikas
Aus Howell, D.G., 1987 (Spektrum)
Terrane des Nordpazifik
Aus Howell, D.G., 1987 (Spektrum)
Terrane des Südpazifik
Aus Howell, D.G., 1987 (Spektrum)
Chinesische Terrane
Aus Howell, D.G., 1987 (Spektrum)
Chinesische Terrane
Aus Howell, D.G., 1987 (Spektrum)
Zirkumpazifische Terrane
Aus Eisbacher, 1991
Schräge Kollision
vtPlatte uuu rrr+=
Kon
tinen
t
u Platte
uv
ut
Kon
tinen
t
u Platte
uv
ut
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.
Jahre
VariszischeGebirge
Suturen
Alpine
Front
Stadium 5Restmeer (Beispiel: Mittelmeer)
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
Stadium 6Kontinent-Kontinent-Kollision
Kontinent-Kontinent-Kollision
kontinentaleKruste
kontinentaleKruste
kontinentaleKruste
kontinentaleKruste
Slab-breakoffSlab-
breakoff
Über-schiebungen
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
Geo
sutu
r
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
Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
MCT
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
50
km
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
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
Vorlesung Allgemeine Geologie
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 und ihr physikalischesVerhalten
Gesteine:
MagmatiteMagmatite
SedimentiteSedimentite
MetamorphiteMetamorphite
Kreislauf der Gesteine
Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)I-Typ
S-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
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 rheologische Verhalten einer Schmelze (oder eines festen Gesteins unter hohem Druck) beschreibt das Fließverhalten.
Das Fließverhalten wird durch die Viskosität gesteuert.
Das Fließverhalten wird durch die Viskosität gesteuert.
Ableitung der Viskosität
z
A
F
z
A
F
vz
AF
v
⋅=
⋅⋅=
η
ηz
AF
ViskositätkeiteschwindigStrömungsgv
==
η
Dimension:tl
mtl
tlmltl
lbm
⋅=
⋅⋅⋅
=⋅
⋅⋅
= 222η Poisecm
g 1sec
1 =⋅
Fließverhalten von Magmen
laminares Fließenlaminares Fließen
turbulentes Fließenturbulentes Fließen
Die Reynoldsche Zahl
v
ρ;η
v
ρ;η ηρ vr ⋅⋅
=Re
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 km
4 kmDichte = 2.9 g/cm3
4 km
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:
gg
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
19
⋅=⋅⋅
⋅= −t Jahre1900000
3652460601511005.9 15
=⋅⋅⋅⋅
⋅=
Bimodalität der MagmenH
äufig
keit
% SiO248% 73%
Häu
figke
it
% SiO248% 73%
Basalt Granit
Intrusiv- und Effusivgesteine
PlutonitePlutonite
VulkaniteVulkanite
Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Abkühlung
Plutonite : langsame Abkühlung (Holokristalline Textur)
Plutonite : langsame Abkühlung (Holokristalline Textur)
Vulkanite : schnelle Abkühlung (hemikristalline 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
Vorlesung Allgemeine Geologie
Teil VIIISS 2005 Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00 Uhr
Löslichkeit von Wasser in Schmelzen
p [kbar]3
2
1
1 2 3 4 5 6 7Gew.% Wasser
BasaltGranit
p [kbar]3
2
1
1 2 3 4 5 6 7Gew.% Wasser
BasaltGranit
Abhängigkeit des Schmelzpunkts vom Wassergehalt
9
8
7
6
5
4
3
2
1
600
700
800
900
1000
1200
1100 °C
pH2O
Granit
Basalt
9
8
7
6
5
4
3
2
1
600
700
800
900
1000
1200
1100 °C
pH2O
Granit
Basalt
Veränderungen in der Magmenkammer
Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Die Feldspäte
Differentiation
N. L. BowenN. L. Bowen
Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Kristallisationsfolge in einem GangB
asal
tgan
g
Olivin
PlagioklasundPyroxen
ÜberwiegendPlagioklas
Nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Pegmatite
Turmalinkristalle im Pegmatit
SinkgeschwindigkeitDas Stokesche Gesetz.
ηρ
⋅Δ⋅⋅⋅
=9
2 2rgv
g=Erdbeschleunigungr= PartikelradiusΔρ=Differenz spez.Gewicht der Kristalle spez.Gew. der Schmelzeη=Viskosität
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
Hypersolvus-Granit
PerthitOr
Pl
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)
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
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)
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
PGas
Plithostatisch
PGas
Plithostatisch
Plithos > PGasHypomagmaPlithos > PGasHypomagma
Plithos < PGasPyromagmaPlithos < PGasPyromagma
entgast: Epimagmaentgast: Epimagma
Explosives Verhalten
fallende Temperaturfallende Temperatur
KristallisationKristallisation Steigung des DampfdrucksSteigung des Dampfdrucks
Gasdruck > lithostatischerDruck
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).
Vorlesung Allgemeine Geologie
Teil 9SS 2005 Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00 Uhr
Pyroklastische Ströme
Glutwolke
Trass
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)
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.
1.vulkanische Phase:Freisprengung eines Schlotes, untere Bimslage entsteht.
2. Meerwasser rea-giert mit Schmelze.Heftige Explosio-nen
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.
Die Calderabricht ein, derheutige Ring vonInseln bildet denRand.
Jüngere Ausbrüchebilden den neuenzentralen Vulkan.
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
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
Decker, R. & Decker, B., 1985 (Spektrum)
Ausbruch
Decker, R. & Decker, B., 1985 (Spektrum)
Ausbruch des Mt. St. Helens
Decker, R. & Decker, B., 1985 (Spektrum)
Netzgrafik: nach dem Ausbruch
Decker, R. & Decker, B., 1985 (Spektrum)
obere 400m wurdenweggesprengt
obere 400m wurdenweggesprengt
Der Ausbruch des Mt. St. Helens
Aus Decker, R. & Decker, B., 1995 (Spektrum)
Lava- undSchlammströme
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
Tuffe
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
Aus Press & Siever, 1991 (Spektrum Lehrbücher)
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
Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
Tal
Grund-wasser
Bruch-zone
Tal
Grund-wasserKontakt-zone
aufstei-gendesBasalt-magma
Tal
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
Magma
aufsteigendesheißes Wasser
heiße Quelle
Geysir
Geysire im Yellowstone-Park
Thermalwässer
Ladarello (Toskana)Ladarello (Toskana)
Steirisches ThermengebietSteirisches Thermengebiet
AachenAachen
Schwäbische Alb
Island
Neuseeland
Vorlesung Allgemeine Geologie
Teil 11Prof. Eckart Wallbrecher
SS 2005Mo – Mi 8.15 – 9.00 Uhr
MetamorphiteMetamorphite
Kreislauf der Gesteine
nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
0
1
2
3
4
5
6kbar
200 400 600 800 °C0
1
2
3
4
5
6kbar
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
0
1
2
3
4
5
6kbar
200 400 600 800 °C0
1
2
3
4
5
6kbar
progradprograd
retro-gradretro-grad
Versenkungs-Metamorphose
p
T
Basalt/GabbroBasalt/Gabbro
BlauschieferBlauschiefer
EklogitEklogit
Regional-Metamorphose
p
T
Basalt/GabbroBasalt/Gabbro
GrünschieferGrünschiefer
AmphibolitAmphibolit
Regional-Metamorphose
p
T
TonsteinTonstein
PhyllitPhyllit
GlimmerschieferGlimmerschiefer
GneisGneis
Kontakt-Metamorphose
p
T
TonsteinTonstein KnotenschieferKnotenschiefer HornfelsHornfels
umgezeichnet nach Press & Siever, 1995, (Spektrum Lehrbücher)
TexturenZunahme der Metamorphose
Zunahme der Korngröße
Ausgangs-gestein
Ausgangs-gestein
TonsteinTonstein
SchichtungSchichtung Transversal-SchieferungTransversal-Schieferung
TonschieferTonschiefer
kristallineSchieferungkristallineSchieferung
Glimmer-Schiefer
Glimmer-Schiefer
BänderungBänderung
GneisGneis
Die Index-MineraleRegional-Metamorphose (G. Barrow, 1912)Regional-Metamorphose (G. Barrow, 1912)
Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Isograden
Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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)
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
1) spröde Deformation: Kataklasit
2) duktile Deformation: Mylonit
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“
Vorlesung Allgemeine Geologie
Prof. Eckart WallbrecherSS 2005
Mo – Mi 8.15 – 9.00 Uhr
Teil 12
Exogene DynamikExogene Dynamik
VerwitterungVerwitterung
Kreislauf der Gesteine
Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Verwitterung und Transport
Erosion Transport SedimentationAus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
chemische und physikalische Verwitterung
VerwitterungVerwitterung
chemischchemisch
LösungLösung Rückstand(Boden)
Rückstand(Boden)
KorntrennungKornzerkleinerung
KorntrennungKornzerkleinerung
physikalischphysikalisch
chemische Verwitterungmit Rückstand
FeldspatKAlSi3O8
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.
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
Einbau von Kationen aus dem Gestein in Pflanzen
Physikalische Verwitterung
Zersetzung eines GranitsZersetzung eines Granits
unverwitterterGranit
unverwitterterGranit
Rißbildungan Korngrenzen
Rißbildungan Korngrenzen
Lockerungdes Kornverbandes
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.
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
Verwitterung erfolgtschalenförmig
Dolerit-Verwitterung
Zwiebelschalige Verwitterung eines Dolerit-PillowsZwiebelschalige Verwitterung eines Dolerit-Pillows
Physikalisch-biologische Verwitterung
Turgordruck der Pflanzenwurzeln> 10 kg/cm2
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
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
Boden
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
Erniedrigung derGipfelhöhe
tektonische Heraushebungm/Mill.J.
tektonische Heraushebungm/Mill.J.
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
erhöhte Abtragungdurch Heraushebungerhöhte Abtragungdurch Heraushebung
Hypsometrische Kurve
Kontinent
Ozean-Boden
108
0-2-4-6-8
Höh
e [m
] x 1
000 6
42
4 16 36 64 100 %
Kontinent
Ozean-Boden
108
0-2-4-6-8
Höh
e [m
] x 1
000 6
42
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:
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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 werden größer, sind aber noch getrennt.
Die Sandwehen schließen sich zu einer Düne zusammen.
Die Sandwehen schließen sich zu einer Düne zusammen.
umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0 20 30 40 50 60Windgeschwindigkeit (km/h)
Tonn
en/T
ag/M
eter
Bre
ite d
er D
ünen
ober
fläch
e
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0 20 30 40 50 60Windgeschwindigkeit (km/h)
Tonn
en/T
ag/M
eter
Bre
ite d
er D
ünen
ober
fläch
e
Begrenzung der Höhe
Durch Höhenwachstum werden die Strömungslinienzusammengedrückt. Geschwindigkeit steigt, gesamterSand wird transportiert. Höhenwachstum hört auf.
Durch Höhenwachstum werden die Strömungslinienzusammengedrückt. Geschwindigkeit steigt, gesamterSand wird transportiert. Höhenwachstum hört auf.
Aus Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Dünen in Mauretanien
Dünenformen
Barchan(Sicheldüne)Barchan(Sicheldüne)
Transversaldüne(Reihendüne)Transversaldüne(Reihendüne)
Longitudinaldüne(Strichdüne)Longitudinaldüne(Strichdüne)
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
MäanderbildungErosion am PrallhangErosion am Prallhang
Sedimentation am GleithangSedimentation am Gleithang
AltwasserarmAltwasserarm
neuer Flußverlaufneuer Flußverlauf
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Transport durch Eis (Gletscher)Transport durch Eis (Gletscher)
Mächtigkeit des Inlandeises in Grönland
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Eismächtigkeit in der Antarktis
nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
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
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
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Seiten- und Mittel-Möränen
Anstehendes GesteinAnstehendes Gestein
HauptgletscherHauptgletscher
FirnfeldFirnfeld
SeitengletscherSeitengletscher
Seiten-moränenSeiten-
moränen
Mittel-moränenMittel-
moränen
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Moränen
EndmoräneEndmoräne
GrundmoräneGrundmoräne
SeitenmoräneSeitenmoräne
MittelmoräneMittelmoräne
Moränen: petrologischeZusammensetzung
Geschiebemergel (Grundmoräne)Geschiebemergel (Grundmoräne)
TilliteTillite
DiamiktiteDiamiktite
Extrem schlechte KornsortierungExtrem schlechte Kornsortierung
Entstehung von HängetälernHängetalHängetal
WasserfallWasserfall
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
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
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Entstehung von Toteis-Seen
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Dropstones
Bestimmung der Fließrichtung an Rundhöckern
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Ermittlung der Fließrichtung des Eises
Norddeutschland - Polen Alpen Nordamerika
Rückzugstadien der pleistozänenVereisung
WeichselSaale
Elster
Würm
Riss
MindelGünz
Wisconsin
IllinoisKansasNebraska
Urstromtäler der Weichsel -Eiszeit
Glogau – Baruther - Urstromtal
Glogau – Baruther - Urstromtal
Warschau – Berliner - Urstromtal
Warschau – Berliner - Urstromtal
Thorn – Eberswalder - UrstromtalThorn – Eberswalder - Urstromtal
Allgemeine Geologie
Teil 14Vorlesung SS 2005
Mo, Di, Mi 8.15 –9.00
Sedimentationsbereiche
SeeSee
FlußFluß
StrandStrand
WattWatt
SchelfSchelf
Kontinentalhang
Kontinentalhang
TiefseeTiefsee
DeltaDelta
GletscherGletscher
WüsteWüste
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
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-höhe
Wellen-tal
Wellen-tal
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Grundgleichung einer Welle
νλ
=v
V = Geschwindigkeit
λ = Wellenlänge
ν = Frequenz
Das Brechen einer Welle
nur horizontale Bewegungnur horizontale Bewegung
ZunehmendeElliptizität
ZunehmendeElliptizität
Wellenkämmewerden höherWellenkämmewerden höher
BrecherBrecher
BrandungBrandung
Ansteigender
MeeresbodenAnsteigender
Meeresboden
StrandStrand
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Profil durch den Litoralbereich
DünenfeldDünenfeld
trockener Strand
trockener Strand
VorstrandVorstrandSchelfSchelf
WattWatt
Strandliniebei Flut
Strandliniebei Flut
Strandliniebei Ebbe
Strandliniebei Ebbe
Strand-hang
Strand-hang
Brandungs-zone
Brandungs-zone
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
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)
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
flacheBucht
Sedimenteder Delta-plattform
Sedimenteder Delta-plattform
Deltafront
Deltafront
DeltafußDeltafuß
Sandbank(Mündungsbarre)
Sandbank(Mündungsbarre)
Silt und Ton
Silt und Ton
Ton, wenig Silt
Ton, wenig Silt
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Der Kontinentalhang
Continental Slope (Neigung ca. 4°)Continental Slope (Neigung ca. 4°)
SchelfSchelfKontinentalhang
Kontinentalhang TiefseeTiefsee
fluviatileSande
fluviatileSande
Strand-sandeStrand-sande
Flachwasser-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
Kontinental-hang
submarinerFächer
submarinerFächer
Tiefsee-EbeneTiefsee-Ebene
submarinerCanyon
submarinerCanyon
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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.
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
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
2. Turbidit2. Turbidit
3. Turbidit3. Turbidit
Profil eines typischen TurbiditesBouma-Zyklus (Arnold H. Bouma)Bouma-Zyklus (Arnold H. Bouma)
a: Gradierte Schichtung(grobes Material an derBasis, nach oben feinerwerdend)
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:
feinkörnigfeinkörnig
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
feinkörnigfeinkörnig
Flysch als „Oben-unten“-Kriterium
grobkörnig,stratigraphisch
unten
grobkörnig,stratigraphisch
unten
feinkörnig,stratigraphisch
oben
feinkörnig,stratigraphisch
oben
Flysch (Altvater-Gebirge)
stratigraphischoben
stratigraphischoben
stratigraphischunten
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
Teil 15Vorlesung SS 2005
Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00
Die TiefseeDie Tiefsee
Der AtlantikTiefsee-Ebenen(abyssal plains)> 5000m Tiefe
Tiefsee-Ebenen(abyssal plains)> 5000m Tiefe
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Profil durch den Atlantik
N-amerikanischePlatte
N-amerikanischePlatte
AfrikanischePlatte
AfrikanischePlatte
SedimentbeckenSedimentbecken
Tiefsee-EbeneTiefsee-Ebene
Tief
e (k
m)
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
Foraminiferen-Schlamm
GlobigerinenGlobigerinen
Karbonat-Kompensationstiefe
Tiefsee-EbeneTiefsee-Ebene
mittelozeanischerRücken
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
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
Sedimente aus Kieselsäureschalen oder Kieselsäureskeletten
DiatomeenDiatomeen
RadiolarienRadiolarien
RadiolaritRadiolarit
SedimentgesteineSedimentgesteine
Kreislauf der Gesteine
Sedimentgesteine
klastische Sedimenteklastische Sedimente
chemische Sedimentechemische Sedimente
organogene Sedimenteorganogene Sedimente
klastische Sedimente
Transport: Abtragungsgebiet MeerTransport: Abtragungsgebiet Meer
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
Indikatoren für Transport-Medium, -Weite, Herkunftsgebiet
Korndurchmesser [mm]
Häu
figke
it [%
]
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
schlecht: z.B. glaziales Sediment,Schlammströme (Muren, debris flow),Olistostrome
Sortierungskurven
Korndurchmesser [mm]
Häu
figke
it [%
]
SummenkurveSummenkurve
Korndurchmesser [mm]
Häu
figke
it [%
]
100
10
1
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
Kreuzschichtung: Dünen,Flachsee,Fluß
Strömung
Rippeln:Rippeln:
asymmetrisch: Fluß-, Windtransport
asymmetrisch: Fluß-, Windtransport
symmetrisch: Oszillation,Strand, Wattenmeer
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
z.B. Quarz-Arenit,Kalk-Arenit
feldspatreich: Arkosefeldspatreich: Arkose
FeldspatFeldspat
Nomenklatur nach den Komponenten
Quarz Feldspat
lithischeKomponenten
Quarz-ArenitQuarz-ArenitArkoseArkose
LitharenitLitharenit
Grauwacke,Tonmatrix
Grauwacke,Tonmatrix
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
Grand BahamaIsland
Kleine Bahamabank(0 – 20m)
Kleine Bahamabank(0 – 20m)
Große Bahamabank(0 – 20m)
Große Bahamabank(0 – 20m)
NASA-Photo S-66-62909, Gemini XII
Bahamas, Sedimentationsbereiche
keine Sedimente vom Festland
keine Sedimente vom Festland
RiffeRiffeKarbonat-Sedimente
Karbonat-Sedimente
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Karbonat-Sedimentation
RiffKorallen- undAlgen-SedimenteSand
Ooide
Schlamm
OoideOoide RiffRiffRiffRiff
Korallen- u.Algen-Sedimente
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.
Korallen leben in flachem Wasserbis ca. 20m Tiefe.
Da sie in Symbiose mit Grünalgen leben,brauchen sie Licht.
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.
Der Vulkan erlischt,ein Atoll entsteht.
Subsidenz der Platte,das Riff wächst.
Subsidenz der Platte,das Riff wächst.
LaguneLagune
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)
Riff-Schutt(Talus)
Lagune
Lagune
KüsteKüste
FleckenriffeFleckenriffe
Fleckenriffe in den Malediven
Fossile RiffeFossile Riffe
weitere fossile Riffbildner:weitere fossile Riffbildner:
ArchäocyathidenSchwämmeRudistenBryozoen
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
km
100
102030
km
100
102030
km
100
102030
km
100
102030
km
100
102030
km
SchelfSchelf TurbiditeTurbidite
kont.Krustekont.
Kruste
Graben-füllung
Graben-füllung
TiefseeTiefsee
Platte 1Platte 1 Platte 2Platte 2Platte 3Platte 3
Vulkan-bogen
Vulkan-bogenTiefsee-
rinneTiefsee-
rinne
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
11 33
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
nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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)
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
3. CaSO4x2H2OGips
4. NaClSteinsalz4. NaClSteinsalz
5. KCl (Sylvin)KMg3Cl3x6H2O(Carnallit)
5. KCl (Sylvin)KMg3Cl3x6H2O(Carnallit)
H2O
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
Salz
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
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
Jura
KreideTertiär
Ünterkreide-Intrusion
Konglo-merate
Evaporite
Umgezeichnet nach Eisbacher, 1988
Diapire im Golf von Mexiko
Texas Yucatan05
101520
km
Texas Yucatan05
101520
km
05
101520
km
Kont.Kruste
KreideKreideJuraJura
SalzdomeSalzdome
TertiärTertiär
Umgezeichnet nach Eisbacher, 1988
Passiver Kontinentalrand Marokkos
Fossile Brennstoffe
Erdöl
Erdgas
Kohle
Kreislauf derKohlenstoff-verbindungen
nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
nicht erneuerbare Welt-Energievorräte
nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Erdöl und Erdgas
geschätzte Weltölreserven
nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Eine Offshore Bohrung
nach Press & Siever, 1995
Bohrplattform
Anker Bohrgestänge
Kameras
Blowoutpreventer
Bohrloch-Ausbau
Bohr-kroneBohr-
kern
Kohle
Kohle-Vorkommen
limnische Kohlen: (intramontane Becken)limnische Kohlen: (intramontane Becken)
paralische Kohlen: Küstensäume (Deltas)paralische Kohlen: Küstensäume (Deltas)
Kohlevorkommen in Europa
nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Kohle
TorfTorf
Übergang von Torf zu BraunkohleÜbergang von Torf zu Braunkohle
Übergang von Braunkohle zu SteinkohleÜbergang von Braunkohle zu Steinkohle
AnthrazitAnthrazit
Umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Inko
hlun
g
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
nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
g
p
VV
=ε
relativer Porenraum: Porenvolumen/Volumen der festen Anteilerelativer Porenraum: Porenvolumen/Volumen der festen Anteile
f
p
VV
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
47
45
43
41
39
37
35
33
31
29
Korndurchmesser [mm]
Poro
sitä
t [%
]
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
47
45
43
41
39
37
35
33
31
29
Korndurchmesser [mm]
Poro
sitä
t [%
]
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
100
90
80
70
60
5040 30 20 10
10
20
30
40
50
Na+K
Mg Ca
100
90
80
70
60
5040 30 20 10
10
20
30
40
50
Na+K
Mg Ca
Äquivalentprozenteder Kationen inPorenlösungenaus 406 Bohrungen
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.
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
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
Erde
Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Der Kreislauf des Wassers
angegeben in 1000 km3/Jahr
Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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
Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Wasserspeicher
Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
GrundwasserGrundwasser
Grundwasserleiter (Aquifer)
unverfestigterSand
Sand-stein
guteSortierung
schlechteSortierung
dichterTonstein
geklüfteterTonstein
umgezeichnet nachPress & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Porosität und Permeabilität
Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Grundwasseroberfläche
Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Niveau des Grundwasserspiegels
Niederschlagsperiode
Trockenperiode
Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
gespanntes Grundwasser
GrundwasserstauerAquifer
artesischerBrunnenartesischerBrunnen
umgezeichnet nachPress & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
schwebender Grundwasserhorizont
Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Absenkung der Grundwasseroberfläche
Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Süßwasserlinsen
Süßwasserlinse auf salzigemGrundwasserSüßwasserlinse auf salzigemGrundwasser
Förderung von Salzwassernach zu starker EntnahmeFörderung von Salzwassernach zu starker Entnahme
umgezeichnet nach Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
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⋅
=η
A = Querschnitth= Viskosität
Das Darcysche Gesetz
Darcysches Gesetz(Darcy, 1853)
Darcysches Gesetz(Darcy, 1853)
Vi = Fließgeschwindigkeit (Vektor)kij = Permeabilität (Tensor)η = Viskosität des FluidesPp = Porenfluid-Druck
Vi = Fließgeschwindigkeit (Vektor)kij = Permeabilität (Tensor)η = Viskosität des FluidesPp = Porenfluid-Druck
j
piji dx
dPkv ⋅=
η
Karstmorphologie
Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Thermalwässer
Press & Siever, 1995 (Spektrum Lehrbücher)
Vorlesung Allgemeine Geologie
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
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)
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
Bruch
Deformation kann sein:
vorübergehend: elastische Deformation
viskoses Fließenpermanent: plastische Deformation
Bruch
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
bmFrr
⋅=Kraft:
Spannung:
AFr
r=σ
Deformationspfade
Deformationspfad
0 Ma
1 Ma
2 Ma
3 Ma
datierter Deformationspfad
Indikatoren (marker) für finite Deformationz.B. Fossilien
UndeformierterTrilobit
t0
DeformierterTrilobit
t1
z.B. Sediment-Strukturen
Undeformierter Oolith Deformierter Oolith
Gravitation und lithostatischer Druck
H
A
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
AF
2) dehnend AF
Wenn keine Translation oder Rotation erfolgen soll:
A
B
FAB
FBA
FAB = - FBA
F = Fn + FsF = Fn + Fs
Zerlegung von Kräften:
A
F Fn
Fs
Normalkraft
Scherkraft
Vorzeichen-Vereinbarung für Scherkräfte:
Positiv: Sinistral Negativ: dextral
Zerlegung von Spannungen:Spannungsvektoren können genauso wie Kraftvektoren zerlegt werden:
A
σ σn
σs
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
BA
σ1ΑΒ
σ1ΒΑ
Fläche 2
A
B
σ2AB
σ2BA
Das Spannungs-Ellipsoid
Hauptnormalspannungen
σ1
σ2
σ3
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
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
3
W Eσyy
σzz
Koordinaten: x nach Ny nach Ez nach unten
33
3 1072.272.2mkg
cmg
Granit ⋅≈≈ρ
hgzz ⋅⋅= ρσ
233
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
km
MPa
1
10 20 30
Spannungsgradienten
Nach Means, 1976
σσ
zz =
1
σ σ σxx yy = = 1
Ähnliche Rotations-Ellipsoide
Spannungstrajektorien
1kmGranit
3
W Eσyy
σzz
10 MPa σσxx
yy=σzz
km
MPa
1
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
ld
lu = undeformierte Längeld = deformierte Länge
a.) Elongation
lul
lululde Δ
=−
=
Scherung (Translation)Ψ = Scherwinkel
αψ
d
m
αψ
d
m
(Gleitwinkel)angular shear
tan ψ = d/mtan ψ = d/m
Scherung γ = tan ψScherung γ = tan ψ
Deformation durch Scherung
Dehnu
ngBou
dinag
e
Dehnu
ngBou
dinag
e
Eine
ngun
gFa
ltung
Eine
ngun
gFa
ltung
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
gesc
hlos
sen closed
eng
tight
isok
linal
Geometrische Klassifikation
unregelmäßig
1
zylindrisch
2
konisch
3
Faltenprofile1 verschieden2 kongruent3 ähnlich
Umgezeichnet nach Wallbrecher, 1986
Steile Faltenachsen
Steile Faltenachsen in Kalkschiefern (Platania/VolosGriechenland
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
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
Glimmerregelungin einemGlimmerschiefer
Schieferung und ungeschieferte Domänen
Achsenflächen-Schieferung
Schieferungparallel zur
Faltenachsen-Fläche
Schieferungparallel zur
Faltenachsen-Fläche
BruchtektonikBruchtektonik
echter Triaxialversuchσ1>σ2>σ3σ1>σ2>σ3 σ1
σ1
σ2σ2
σ3σ3
konjugierteScherbrüchekonjugierteScherbrüche
Dehnungs-brüche
Dehnungs-brüche
Dehnungsbrüchebei Druckent-
latung
Dehnungsbrüchebei Druckent-
latung
KlüfteDehnungsklüfteDehnungsklüfte
KluftmusterKluftschar 1Kluftschar 1
Kluftschar 2Kluftschar 2
KluftkörperKluftkörper
Fiederklüfte
DehnungDehnung
Fiederklüfte
StörungenStörungen
Verwerfungfaultfaille, accident
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
Abschiebung
Aufschiebung
Aufschiebung
Blattverschiebung
Blattverschiebung
dextraldextral
sinistralsinistral
Überschiebung mit großer Transportweite (Decke)
DeckeDecke
Decken-ÜberschiebungDecken-Überschiebung
KlippeKlippe FensterFenster
Deckenschema der Alpen
Dehnung
d
σ3
σ1
σ3
d
σ3
σ1
σ3
Dehnung : AbschiebungDehnung : Abschiebung
GrabenGraben
Einengung
σ1
σ3
σ1σ1
σ3
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