Institut für Bodenmechanik und Felsmechanik

Arbeitsblätter zum Kurs

Geologie im Bauwesen

Wintersemester 2006/07

Dozenten: Prof. Dr.-Ing. E. Fecker Dipl.-Ing. Th. Mutschler

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Inhaltsverzeichnis

Vorwort 1. EINFÜHRUNG

1.1 Stellung der Baugeologie im Rahmen der Geologie 1.2 Ingenieurgeologische und geotechnische Untersuchungsschwerpunkte 1.3 Zusammenarbeit zwischen Bauingenieur und Baugeologe 1.4 Übungsaufgaben

2. BEWEGUNG, FIGUR, AUFBAU UND DYNAMIK DER ERDE

2.1 Bewegung und Figur der Erde 2.2 Aufbau der Erde 2.3 Erdoberfläche 2.4 Erdwärme (Geothermie) 2.5 Seismizität, Magnitude, Intensität und Schadenswirkung 2.6 Übungsaufgaben

3. KRISTALLE, MINERALE, GESTEINE und GEBIRGE

3.1 Geochemische Elemente, Kristalle 3.2 Minerale 3.3 Gesteine 3.4 Gebirge, Fels 3.5 Bestimmung der Minerale und Gesteine 3.6 Kreislauf der Gesteine 3.7 Übungsaufgaben

4. MAGMATISCHE GESTEINE

4.1 Magma, Lava 4.2 Magmatite, Magmendifferentiation 4.3 Vulkane, Vulkanite 4.4 Plutone, Plutonite 4.5 Magmatische Gänge, Ganggesteine 4.6 Gefüge der Magmatite 4.7 Bautechnisch bedeutende Magmatite 4.8 Übungsaufgaben

5. METAMORPHE GESTEINE

5.1 Temperatur- und Druckgradienten in der Erdkruste 5.2 Metamorphose 5.3 Einteilung der Metamorphite 5.4 Migmatite 5.5 Gefüge der Metamorphite 5.6 Fazies 5.7 Bautechnisch bedeutende Metamorphite 5.8 Übungsaufgaben

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6. SEDIMENTGESTEINE

6.1 Einteilung der Sedimentgesteine 6.2 Klastische Sedimente 6.3 Chemische Sedimente 6.4 Biogene Sedimente 6.5 Bautechnisch bedeutende Sedimentgesteine 6.6 Übungsaufgaben

7. ENTSTEHUNG UND KLASSIFIKATION VON LOCKER- UND FESTGESTEINEN

7.1 Klima als Motor der Gesteinsbildung 7.2 Verwitterung 7.3 Erosion, Transport, Sedimentation 7.4 Ansprache von Locker und Festgesteinen 7.5 Übungsaufgaben

8. ERDGESCHICHTE UND BAUGRUNDEIGENSCHAFTEN

8.1 Erdgeschichtliche Epochen und geologische Formationen 8.2 Geodynamik 8.3 Meeresspiegelschwankungen 8.4 Stratigraphie und Morphologie 8.5 Stratigraphie und Baugrundeigenschaften 8.6 Übungsaufgaben

9. TEKTONISCHE GRUNDLAGEN

9.1 Faltung, Deckenüberschiebung 9.2 Geologische Verwerfungen 9.3 Halokinese, Diapirismus 9.4 Felsklüfte und -gefüge 9.5 Übungsaufgaben

10. DARSTELLUNG VON SCHICHTFLÄCHEN UND KLÜFTEN

10.1 Streichen und Fallen von Schichtflächen und Klüften 10.2 Lagenkugel-Analyse 10.3 Übungsaufgaben zum Lagenkugeldiagramm mit Lösungen 10.4 Weitere Übungsaufgaben zum Lagenkugeldiagramm

11. GEOLOGISCHE ERKUNDUNGEN UND METHODEN

11.1. Baugeologische Erkundung 11.2 Bautechnische Bedeutung der Geomorphologie 11.3 Hangbewegungen 11.4 Erdfälle und Bodensenkungen 11.5 Baugrundvergütung durch Injektionstechnik 11.6 Karten und Profile 11.7 Übungsausgaben

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12. HYDROGEOLOGISCHE GRUNDLAGEN

12.1. Wasserkreislauf 12.2 Grundwasser 12.3 Wasserdurchlässigkeit 12.4 Porosität und Wasseraufnahme 12.5 Quellen 12.6 Karst 12.7 Hydrogeologie im Bauwesen 12.8 Übungsaufgaben

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Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite I VORWORT Die Vorlesung "Geologie im Bauwesen" ist eine Grundlagenvorlesung mit Übungen zur Einführung in das Studium des geotechnischen Ingenieurwesens. Sie vermittelt Ihnen am Anfang Ihrer Ausbildung zum Bauingenieur einen ersten Einblick in wesentliche Teilbereiche Ihrer späteren beruflichen Tätigkeit als Diplom-Ingenieur/in und findet ihre Fortsetzung in den Kursen "Bodenmechanik", "Grundbau" und "Felsmechanik". In der Vertiefungsrichtung „Geotechnisches Ingenieurwesen“ folgen vertiefende Kurse zu "Bo-denmechanik", "Grundbau" und "Felsmechanik", die durch die Kurse "Tunnel- und Stol-lenbau", "Felsbau über Tage", "Erddammbau" und "Deponiebau" sowie weitere Spezial-veranstaltungen ergänzt werden. Der Kurs "Geologie im Bauwesen" hat an unserer Hochschule eine lange Tradition. Sie wurde von Professor Leopold Müller Ende der sechziger Jahre begründet und später von den Professoren Günter Borm und Otfried Natau fortgeführt mit dem Ziel, den Stu-denten des Bauingenieurwesens die Bedeutung der Geologie für ihre Studienrichtung klar zu machen. Spätestens dann, wenn Sie ein Vertiefungsstudium im geotechnischen Ingenieurwesen aufnehmen, werden Sie erkennen, wie eng die Geologie mit dem Bau-ingenieurwesen verquickt ist und dass Bauen ohne oder gar gegen die Geologie fatale Folgen haben kann. Die Ihnen vorliegenden Arbeitsblätter zur Vorlesung "Geologie im Bauwesen" enthalten den Vorlesungsstoff in stark komprimierter Form. Trotzdem sind alle geologischen As-pekte, die mit dem Bauingenieurwesen zusammenhängen, angesprochen. Dass dabei manches geologische Detail behandelt wird, was Sie in Ihrem späteren Berufsleben nicht mehr benötigen, lässt sich nicht vermeiden, weil sonst der geologische Zusam-menhang verloren geht. Die Abbildungen und Tabellen dieses Skriptums sind oft der Fachliteratur entnommen, ohne dass in jedem Einzelfall alle Urheberrechte überprüft werden konnten. Sie sind daher nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und dürfen nicht weiterkopiert wer-den. Für das Studium und Ihren späteren Beruf ist es nützlich, wenn Sie wenigstens eines der in der Literaturauswahl genannten Lehrbücher besitzen. Jedenfalls können Sie die Lehrbücher in der Universitätsbibliothek ausleihen oder im dortigen Lesesaal studieren. Im Lesesaal der Universitätsbibliothek finden Sie auch eine vollständige Sammlung aller DIN-Normen, jeweils in der aktuellen Fassung. Das Bauen ist durch Normen sehr stark reguliert, weshalb Sie sich intensiv mit diesen Normen befassen sollten. Die Geologie ist eine angewandte Wissenschaft und lässt sich nicht allein im Hörsaal und aus Büchern begreifen. Wir empfehlen daher über diese Vorlesung hinaus die akti-ve Teilnahme an einem geologischen Praktikum zur Gesteinskunde, welches vom Geo-logischen Lehrstuhl angeboten wird. Dort lernen Sie die wichtigsten Gesteine und ge-steinsbildenden Minerale kennen und unterscheiden. Eine Fertigkeit, die Ihnen nicht nur in Ihrem Beruf von Vorteil sein wird, sondern die auch für Ihre Allgemeinbildung von großem Nutzen ist.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite II LEISTUNGSNACHWEIS Die Studienleistung im Kurs „Geologie im Bauwesen“ wird durch einen Leistungsnach-weis ohne Benotung gemäß §8,2 der SPO bescheinigt. Der Leistungsnachweis ist mit einer erfolgreichen Teilnahme an einer mündlichen Befragung zu erbringen. Die Befra-gung wird in Gruppen zu jeweils drei Kandidaten am Ende des Semesters, noch in der Vorlesungszeit, stattfinden. Termin und Ort werden rechtzeitig bekannt gegeben. Gegenstand der Befragung ist der in Vorlesung und Übung behandelte Stoff. Die am Ende einiger Kapitel aufgelisteten Fragen können als Orientierung dienen. Die ergän-zenden Stichworte sind in Kurzform erläutert und sollten in der Fachliteratur näher re-cherchiert werden. Die Arbeitsblätter sind z. T. ausführlicher als die Vorlesungen und Übungen. Sie sollten Ihnen bei Bedarf zum Nachschlagen dienen. Fragen zum Ver-ständnis sind erlaubt, machen Sie Gebrauch davon! Diese Arbeitsblätter stehen im Internet unter http://www.ibf.uni-karlsruhe.de/material.html zum Download bereit. LITERATURAUSWAHL

Allgemeine und historische Geologie Brinkmann, R. (1990): Abriss der Geologie, Band 1: Allgemeine Geologie, W. Zeil (Hsg.), 14. Aufl., F. Enke Verlag, Stuttgart Murawski, H. und Meyer W. (2004): Geologisches Wörterbuch, 11. Auflage, Elsevier Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 25,50 EUR Press, F. und Siever, R. (2003): Allgemeine Geologie, 3. Auflage, Spektrum Akademi-scher Verlag, Heidelberg, 73,00 EUR Richter, D. (1992): Allgemeine Geologie, 4. Auflage, de Gruyter, Berlin, 29,95 EUR

Tektonik Eisbacher, G.H. (1996): Einführung in die Tektonik, 2. Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 51,00 EUR

Baugeologie, Hydrogeologie Fecker, E. und Reik, G. (1996): Baugeologie, 2. Auflage, F. Enke Verlag, Stuttgart, 20,00 EUR Hölting, B. und Coldewey, W.G. (2005): Hydrogeologie, 6. Auflage, Elsevier Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 40,00 EUR

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite III Klengel, K.J. und Wagenbreth, O. (1987): Ingenieurgeologie für Bauingenieure, 2. Auflage, Bauverlag, Wiesbaden und Berlin Prinz, H und Strauß, R. (2006): Abriss der Ingenieurgeologie, 4. Auflage, Elsevier Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 79,50 EUR Reinsch, D. (1991): Natursteinkunde, Eine Einführung für Bauingenieure, Architekten, Denkmalpfleger und Steinmetze, F. Enke Verlag, Stuttgart

Normen DIN 4020, Sept. 2003: Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke DIN 4021, Okt. 1990: Baugrund; Aufschluss durch Schürfe und Bohrungen sowie Ent-nahme von Proben DIN 4022, Sept. 1987: Baugrund und Grundwasser; Benennen und Beschreiben von Bodenarten und Fels DIN 4023, März 1984: Baugrund- und Wasserbohrungen; Zeichnerische Darstellung der Ergebnisse DIN 4149, April 2005: Bauten in deutschen Erdbebengebieten – Lastannahmen, Be-messung und Ausführung üblicher Hochbauten

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite IV

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 1.1 1. EINFÜHRUNG (Wechselbeziehungen von Geologie, Baugrund und Bauwerk) Baugeologie ist die angewandte Geologie im Bauwesen bei Untersuchungen von Baugrund und Baustoffen aus natürlichem Gestein. Im Vordergrund steht dabei die Interpretation der geologischen Gegebenheiten für bautechnische Zwecke. Im Umweltschutz zählen zu den baugeologischen Aufgaben die Standort-untersuchungen für Deponien über und unter Tage, Gefährdungsabschätzungen, Altlastenerkundung, -sicherung und -sanierung, Erstellung von Karten zur Landschafts-nutzung und Raumplanung in Abhängigkeit von den Untergrundverhältnissen usw. Baugeologische Untersuchungen sind durch unterschiedliche Nutzungsansprüche an den Baugrund geprägt, wobei wirtschaftliche, sicherheitstechnische und ökologische Aspekte zu berücksichtigen sind. Voraussetzung hierfür ist eine fundierte Kenntnis über den Aufbau des Baugrundes und sein Verhalten bei bautechnischen Eingriffen. 1.1 Stellung der Baugeologie im Rahmen der Geologie Geologie Allgemeine Geologie Historische Geologie Angewandte Geologie physiograph. dynamische Stratographie Paläontologie Geologie Geologie endogene Dynamik exogene Dynamik Tektonik

Lagerstättengeologie Hydrogeologie Baugeologie Bodenkunde Benachbarte Disziplinen: Mineralogie, Petrographie, Geophysik Weiterführende Ingenieurdisziplinen: Bodenmechanik, Grundbau, Dammbau, Deponiebau, Felsmechanik, Felsbau, Tunnel-bau, Bergbau _____________________________________________________________________

Übung 1.0: Interpretieren Sie das obige Diagramm zur Stellung der Baugeologie im Rahmen der Geowissenschaften mit Hilfe der Definitionen auf der folgenden Seite. Beachten Sie dabei, dass die einzelnen Disziplinen i.a. miteinander verbunden sind.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 1.2 Geologie: Wissenschaft von der Entwicklungsgeschichte und dem stofflichen Aufbau der Erde. Sie erforscht die Erdkruste mit ihren Gesteinen, deren Lagerungs- und Umwandlungserscheinungen sowie ihrem Fossilgehalt

Allgemeine Geologie (Geomorphologie, exogene und endogene Dynamik): Wissenschaft von den Formen der Erdoberfläche. Lehre von den physikalisch-chemischen Grundlagen geologischer Prozesse: Bildung und Umgestaltung der Gesteine unter Einwirkung von endogenen (=inneren) und exogenen (=äußeren) Kräften

Historische Geologie (Erdgeschichte): Sie erforscht die Entwicklung der Erde - besonders ihrer Kruste - und des Lebens darauf über die erdgeschichtlichen Epochen. Urkunden und Zeugnisse dafür sind die Gesteine und Fossilien.

Stratigraphie: Lehre von der Zusammensetzung, der zeitlichen Bildungsfolge und Fossilführung sowie der räumlichen Verbreitung der Sedimentgesteinsschichten. Aufstellung von Zeitskalen zur Datierung der geologischen Geschichte. Paläontologie: Wissenschaft von den tierischen und pflanzliche Lebewesen (Flora und Fauna) der verschiedenen erdgeschichtlichen Epochen. Geochronologie: Wissenschaft vom relativen und absoluten Alter der Erde

Angewandte Geologie: Anwendung geologischer Erkenntnisse und Methoden: Ingenieur-Geologie: Lehre von der Verwertung und Anwendung geologischer Informationen auf Belange der Technik: Lagerstättengeologie dient der Suche und Untersuchung von natürlichen Rohstoffen (Lagerstättenkunde: Erdöl, Kohle, Salze, Erze, Steine, Erden) Hydrogeologie: Lehre vom Wasserhaushalt der Gesteine und Gesteins-Verbände. Erforschung der Vorräte, Bewegung, Qualität und Quantität des Grundwassers

Baugeologie: Teilgebiet der Ingenieurgeologie: Lehre von der Verwertung und Anwendung geologischer Erkenntnisse auf Belange des Bauwesens. Diese sind: Geotechnik, technische Beherrschung der geologischen Randbedingungen, Baugrund, Gründungen, Erdarbeiten, Verkehrsbauten, Fels- und Tunnelbau, Talsperren, Rohöl- und Gasspeicherung, Abfall-Deponien über und unter Tage

Bodenkunde: Mineralogie: Lehre von der physikalisch-chemischen Zusammensetzung und geome-trischen Ausbildung der Minerale Petrographie (Gesteinskunde): Lehre von Entstehung, Zusammensetzung und Umbildung der Gesteine Geochemie: Stoffbestand und Stoffwechsel der Erde Geophysik: Physik der festen Erde, des Meeres und der Lufthülle. Sie befasst sich mit den seismischen, gravitativen, magnetischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften und Erscheinungen der Erde sowie dem physikalischen Aufbau des Erdinneren

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 1.3 Angewandte Geophysik: nutzt die geophysikalischen Erkenntnisse und Methoden für das Aufsuchen von Lagerstätten und für die Sondierung von Baugrund

Geomechanik: Mechanisches Verhalten der Erdkruste gegenüber tektonischen oder technischen Einwirkungen

Bodenmechanik und Felsmechanik: Teilgebiete der geotechnischen Ingenieur-wissenschaften. Mechanische und physikalische Eigenschaften des Gebirges. Statik und Dynamik von Boden und Fels als Element einer Ingenieurkonstruktion

1.2 Ingenieurgeologische und geotechnische Untersuchungsschwerpunkte

Bauwerksart Untersuchungsschwerpunkte Hochbauten Standortwahl, Tragfähigkeit und Setzungsverhalten des

Baugrundes, Standsicherheit der Baugrubenböschungen, Wasserverhältnisse

Brücken Standortwahl, Standsicherheit und Setzungsverhalten der Stützenbereiche und Widerlager

Verkehrswege Trassenlage (Hang- oder Tallage), Setzungsverhalten, Standsicherheit von natürlichen und künstlichen Böschungen,

Frostverhalten der Gesteine Talsperren Wahl des Absperrquerschnittes, Belastbarkeit des

Untergrundes in den maßgebenden Richtungen, Standsicherheit der Felswiderlager, Dichtheit des Stauraumes

und Sperrenbereiches, Verlandungsfragen, Erdbeben-sicherheit und induzierte Seismizität, Standsicherheit der

Talhänge des Stauraumes Tunnel, Stollen,

Schächte, Kavernen

Trassen- und Standortwahl, geologisch-geotechnische Prognose, Verhalten der verschiedenen Gebirgsarten beim

Ausbruch eines Hohlraumes, Gebirgsspannungen, Wasserverhältnisse, Temperatur, Quell- und Schwellverhalten,

Gebirgsgase Flussbau Erosionstätigkeit, Erosionshindernisse, Sedimentations-

tätigkeit, Standsicherheit von Uferböschungen, Fest-stoffführung

See- und Hafenbau Erosions- und Verlandungsfragen, Gründungsfragen Deponien über

Tage Baugrundgeologie und -hydrogeologie, Basisabdichtung,

Abdeckung, Standsicherheit Deponien unter

Tage Bewertung alter Bergwerke, geologische und geotechnische

Barrieren, Standsicherheitsnachweise

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 1.4 1.3 Zusammenarbeit zwischen Bauingenieur und Baugeologe Das Ziel jeder Zusammenarbeit zwischen dem Bauingenieur und dem Baugeologen ist in erster Linie eine Frage der Optimierung hinsichtlich größtmöglicher Sicherheit, Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit.

Baugeologe Ingenieur

Vorstudien

Klärung der geologischen Situation im Großen

Grundsätzliche Entscheidung über Lokalität, Trassenführung, Hauptanlage-

verhältnisse

Generelle Projektierung

Klärung der geologischen Situation am gewählten Ort, Festlegung des

Aufschlussprogramms, Überwachung bzw. Durchführung der

Aufschlussarbeiten, Baustofffragen

Entscheidung über Bauwerkstypen, Gründungsarten, Baustofffragen

Detail-Projektierung

Interpretation der Aufschlussverhältnisse und Durchführung ergänzender

Untersuchungen, Disposition von Groß- und Laborversuchen

Anpassung der Baukonstruktionen an das geologische Detail, Entscheidung

über Art der Bauweise und Baudurchführung, Festlegung von

Beobachtungssystemen

Bauausführung

Geologische Dokumentation und Bauberatung

Erforderlichenfalls Anpassung von Konstruktion und Ausführung an die im Zuge des Baufortschrittes gewonnenen

Daten, Messbeobachtungen

Bauwerksüberwachung

Mitarbeit bei der Deutung von Bauwerksbeobachtungen

Erforderlichenfalls ergänzende Maßnahmen

1.4 Übungsaufgaben Ü 1.1 Nennen Sie aus Ihrem persönlichen Erfahrungsbereich (Heimatort, Studienort,

Praktikum, Reisen usw.) eine Baustelle in Locker- oder Festgestein, bei der die Geologie des Baugrundes eine besondere Relevanz hat(te).

(a) Welche Erscheinungen waren zu beobachten? (b) Versuchen Sie die Situation zu skizzieren. (c) Welche baulichen Maßnahmen wurden getroffen?

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.1 2. BEWEGUNG, FIGUR, AUFBAU UND DYNAMIK DER ERDE 2.1 Bewegung und Figur der Erde Erde

Volumen: 1,1 * 1012 km3 Äquator-Radius: 6378 km

Masse: 6 * 1024 kg Pol-Radius: 6356 km

Oberfläche: 510 Mio km2 mittl. Radius: 6 371 km mittl. Dichte: 5,5 g/cm3 mittl. Schwere: 9,81 m/sec2

mittl. Dichte der oberen Kruste: 2,7 g/cm3 (an der Erdoberfläche)

Sonne

Masse: 2 * 1030 kg ca. 332 000 * Erdmasse mittl. Radius: 700 000 km ca. 109 * Erdradius mittl. Dichte: 1,4 g/cm3 ca. 1/4 * Erddichte Dichte im Zentrum: 10 g/cm3 mittl. Schwere: ca. 28 * Erdschwere an der Oberfläche Die Schwerkraft der Erde hängt von der Entfernung vom Erdmittelpunkt ab. Die Fallbeschleunigung beträgt im Mittel 9,81 m/sec2. Örtliche Abweichungen des Erdschwerefeldes entstehen durch Heterogenitäten in der Massenverteilung; sie werden durch die Gravimetrie erforscht. Die Erde rotiert gegen den Uhrzeigersinn in 24 Stunden einmal um ihre Achse, die gegen die Erdbahn um 66o 33' geneigt ist, wobei die Drehgeschwindigkeit am Äquator 465 m/sec (1 700 km/h) beträgt. Die Erde bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von ca. 30 km/sec (108 000 km/h) auf einer etwa 940 Mio km langen elliptischen Bahn (Ekliptik) um die Sonne, die in einem der beiden Brennpunkte steht. Der mittlere Abstand von Sonne und Erde beträgt ca. 150 Mio km; er ist Anfang Januar um 2,5 Mio km geringer, Anfang Juli 2,5 Mio. km größer. Die Neigung der Rotationsachse gegen die Ekliptik ist die Ursache für die verschiedenen Jahreszeiten auf der Nord- und Süd-Halbkugel.

Abb. 2.1 Jahresumlauf der Erde um die Sonne

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.2 Sonne, Mond und andere Himmelskörper wirken auf die Wassermassen der Erde durch gravitative Anziehung ein. Sie bewirken Ebbe und Flut. Auch der feste Erdkörper wird durch diese Anziehungskräfte deformiert: Dehnung entlang der Linie Mond/Erdschwerpunkt, Stauchung senkrecht dazu. In Karlsruhe beträgt die Gezeitenschwingung ca. 50 cm. Der Mond läuft als natürlicher Satellit der Erde in 27,5 Tagen einmal um die Erde und bestimmt ihre Gezeiten von Land und Wasser (Ebbe/Flut). 2.2 Aufbau der Erde Die Erde ist in konzentrischen Schalen aufgebaut: Sie ist umgeben von einer gasförmigen Hülle (Atmosphäre). Sie hat eine Mindesthöhe von 1 000 km, und ihre Dichte wird nach außen geringer; 90% der Luftmassen sind in den untersten 20 km enthalten. Unter der Atmosphäre liegen der vom Wasser eingenommene Bereich (Hydrosphäre) und die Landmassen (-> Klima -> Wetter -> Verwitterung). Sichtbare Teile der oberen Erdkruste sind die Gesteine, die durch Gebirgsbildung und -abtragung an die Erdoberfläche gelangt sind (-> Orogenese, Epirogenese), sowie das Oberflächenwasser. Mit geophysikalischen Methoden - besonders durch Auswertung der Laufzeiten von Erdbeben-Wellen - gewinnt man Aufschluss über den Aufbau der tiefergelegenen Teile des Erdkörpers: Sprunghafte Änderungen der Geschwindigkeit von seismischen Wellen in bestimmten Tiefen sowie Brechung und Reflexion an Unstetigkeitsflächen belegen den Schalen-Aufbau des Erdkörpers: Erdkruste, Erdmantel und Erdkern; diese lassen sich jeweils noch weiter untergliedern (-> Seismologie).

Abb. 2.2 Schalenförmiger Aufbau des Erdkörpers (Press & Siever, 2003)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.3 2.2.1 Erdbebenwellen Erdbebenwellen sind stoßartige elastische Verformungen (seismische Wellen), die von tieferen Teilen der festen Erdkruste ausgehen, sich durch den Erdkörper als Raumwellen (P- und S-Wellen) und entlang der Erdoberfläche als Oberflächenwellen (L- und R-Wellen) ausbreiten. Die Kompressionswellen (Primärwellen = P-Wellen) sind am schnellsten. Sie laufen als Longitudinalwellen mit Geschwindigkeiten von mehreren km/sec durch den Erdkörper. Je härter ein Gestein ist, desto höher ist die Geschwindigkeit der P-Wellen. Die Scherungswellen (Sekundärwellen = S-Wellen) sind Transversalwellen, die den P-Wellen mit etwa halber Geschwindigkeit folgen. Die M-Wellen ("Maximum") treffen zuletzt ein, da sie entlang der Erdoberfläche laufen. Nach der Art der Teilchenbewegung gliedert man sie weiter in R- (Rayleigh) und L- (Love) Wellen.

(a)

(c)

(b)

(d) Abb.2.3 Seismische Wellentypen (Press & Siever, 2003) (a) Kompressionswelle (c) Rayleigh-Welle (b) Scherungswelle (d) Love-Welle

Abb. 2.4 Schema eines Seismographen nach Wiechert aus (Press & Siever, 2003)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.4

Abb. 2.5 Ausbreitung seismische Wellen in der Erde und typische Seismogramme mit Vorläufern (P, PP, S, SS, SSS) und Hauptphase (L, R)

Abb. 2.6 Ausbreitung seismischer Raumwellen durch die Erde

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.5 2.2.2 Erdkruste Unter dem Deckgebirge (= Sedimentdecke) liegt das Grundgebirge, das zutage tritt, wenn das Deckgebirge abgetragen ist. Es besteht aus magmatischen und metamorphen Gesteinen mit hohen Silicium- und Aluminium-Gehalten. Dieses Stockwerk heißt Oberkruste. Darin beträgt die Geschwindigkeit der P-Wellen 4 - 6,3 km/sec. Ihre mittlere Dichte liegt bei 2,7 g/cm3. Die Dicke der Oberkruste beträgt in den Kontinenten 10 - 30 km; sie kann unter den jungen Gebirgen (z.B. Alpen, Anden, Himalaya) bis auf 60 km anwachsen (>Gebirgswurzel, Isostasie). Unter den Ozeanen ist die Oberkruste nur 5 - 6km mächtig. Basaltische Gesteine herrschen dort vor, weshalb auch von Basaltischer Kruste gesprochen wird. Die Geschwindigkeit der P-Wellen und die Dichte des Gesteins erhöhen sich an der Unterfläche der Oberkruste, der Conrad-Diskontinuität. Darunter liegt die Unterkruste, in der Silicium und Aluminium abnehmen, Magnesium und Eisen aber zunehmen. Man nennt diese Zone Basaltische Kruste oder Gabbro-Schale. Unter den Ozeanen ist die Unterkruste 5 - 6 km mächtig. Ihre Dicke nimmt unter den Kontinenten auf 15 - 20 km zu. Im Mittel liegt die Untergrenze bei 30 - 35 km Tiefe. Die untere Begrenzung der Unterkruste ist eine deutliche Unstetigkeitsfläche für die P-Wellen-Ausbreitung; sie wird Mohorivicic-Diskontinuität ("Moho") genannt. Besonders tief reicht die Moho-Fläche unter den jungen Gebirgen.

Abb. 2.7 Schematischer Querschnitt durch die Erdkruste (Press & Siever, 2003) 2.2.3 Erdmantel Der Obere Mantel der Erde besteht im Wesentlichen aus Silicaten von basaltisch-peridotitischer Zusammensetzung. In der Geomechanik wird er mit der Erdkruste zur Lithosphäre zusammengefasst. Darunter liegt eine Zone von relativ geringer Materialfestigkeit und hoher Mobilität; sie heißt Asthenosphäre und steht mit der Lithosphäre im Massenaustausch - besonders an den mittelozeanischen Rücken, wo

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.6 Material der Asthenosphäre aufsteigt, abkühlt und in der Lithosphäre erstarrt. Der umgekehrte Vorgang spielt sich in den Subduktionszonen ab. Bis in den untersten Teil des Oberen Mantels sind Inhomogenitäten nachweisbar (z.B. Benioff-Zonen an abtauchenden Lithosphärenplatten).

Abb. 2.8 Subduktion der ozeanischen Kruste unter die kontinentale Kruste (Press &

Siever, 2003) Im Mittleren Mantel nimmt die Dichte bis auf 4,6 g/cm3 zu. Im Unteren Mantel steigt die Geschwindigkeit der P-Wellen mit zunehmender Tiefe auf ca. 14 km/sec an. In 2900 km fällt sie auf 8,1 km/sec zurück; dort liegt die Kern/Mantel-Grenze, wo die Dichte sprunghaft von 6,7 g/cm3 auf 9,4 g/cm3 ansteigt. 2.2.4 Erdkern Man nimmt an, dass der Erdkern aus Eisen und Nickel mit Beimengungen von Silicaten des Eisens und Magnesiums besteht. Transversalwellen gehen durch den Erdkern nicht hindurch. Daraus schließt man, dass der äußere Erdkern flüssig sei. Der innere Erdkern unterscheidet sich vom äußeren Kern durch die P-Wellen-Geschwindigkeit und wird als fest angesehen. 2.3 Erdoberfläche Etwa 2/3 der Oberfläche der Erde werden von Meeren, ca. 1/3 von Kontinenten, Mittel- und Hochgebirgen bedeckt. Die Kontinentaltafel und der Tiefseeboden nehmen besonders große Räume ein, während Höhen über 1 000 m (max. Höhe: Mt. Everest 8882 m) relativ selten sind. Die Kontinentaltafel beginnt bei 1 000 m ü. NN und reicht bis zu 200 m tief u. NN. Der wasserbedeckte Teil eines Kontinentes heißt Schelf oder Festlandsockel. Der

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.7 Kontinentalabhang begrenzt die Schelfe und fällt bis etwa 4 000 m ab. Es folgt die Tiefsee, deren ausgedehnte Flächen bis fast 6 000 m unter NN reichen. Aus dem Tiefseeboden ragen langgestreckte Gebirgsrücken aus magmatischen Gesteinen hervor (Tiefseerücken). 2.3.1 Kontinente Die durchschnittliche Höhe der gesamten Landoberfläche beträgt 875 m ü.NN. Im Norden lagern sich um das nördliche Eismeer die Kontinentalbereiche Nordamerikas, Asiens und Europas. Der Erdteil Antarktis bildet einen ausgedehnten Kontinent im Bereich des Südpols. Auffallend ist der weitgehend kongruente Verlauf der atlantischen Ost- und Westküsten (-> Kontinentalverschiebung).

Abb. 2.9 Kongruenz der zirkumatlantischen Kontinentalränder. Grundlage der

Kontinentalverschiebungstheorie von A. Wegener (Press & Siever, 2003)

Abb. 2.10 Schema der Plattentektonik der Lithosphäre (Press & Siever, 2003)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.8 2.3.2 Meere Von den großen Ozeanen (Pazifik, Atlantik, Indik) dringen Nebenmeere zwischen die Kontinentalblöcke ein. Diese Nebenmeere werden in Mittelmeere, welche die Kontinentalblöcke in Erdteile gliedern, und in Randmeere (z.B. Nordsee, Ostsee) eingeteilt. Die größten Tiefen des Meeresbodens erreichen die Tiefsee-Gräben (z.B. Marianen-Graben 11 000 m u.NN). Sie sind relativ schmale Senkungszonen, die bis zu tausenden von Kilometern lang sind und sich i.a. unmittelbar vor den Kontinenten oder Inselbögen mit jungen Gebirgen hinziehen (Subduktionszonen). An den Tiefseerücken steigen die magmatischen Schmelzen in tiefreichenden Bruch- und Dehnungszonen der Erdkruste empor (Divergenzzonen). Eine bedeutende submarine Schwelle ist der Mittelatlantische Rücken, der den Atlantik durchzieht und Höhenunterschiede von mehr als 3000 m besitzt; auf ihm liegen Island, die Azoren und andere Inseln. In den Mittelatlantischen Rücken ist ein 20-50 km breiter, über 3000 m tiefer Zentralgraben ("Rift") eingesenkt.

Abb. 2.11 Schema des "sea-floor-spreading" 2.4 Erdwärme (Geothermie) Die Temperatur der Erdkruste nimmt pro 100 m Tiefe im Mittel um 3 oC zu. Dieser Temperatur-Gradient in [oC/m] oder sein Kehrwert, die geothermische Tiefenstufe in [m/oC], hängen von radioaktiver Aufheizung, chemischen Prozessen, vulkanischen Vorgängen, jungen Gebirgsbildungen sowie von der Wärme-Leitfähigkeit der Gesteine ab. Die Geothermische Tiefenstufe schwankt zwischen 90 oC/km in den jung-vulkanischen Gebieten (z.B. Anden oder Island) und 9 oC/km in den alten kontinentalen Schilden (z.B. Südafrika, Kanada, Skandinavien). Wahrscheinlich wird die Wärme tieferer Schalen - besonders im Erdmantel - durch aufsteigende Schmelzmassen in Form von Konvektionsströmungen nach oben transportiert; in der Kruste scheint dagegen Wärmeleitung zu dominieren.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.9 2.5 Seismizität, Magnitude, Intensität und Schadenswirkung von Erdbeben 2.5.1 Seismizität Seismizität ist die Statistik der geographischen und zeitlichen Verteilung der Erdbeben. Die überwiegende Zahl der tektonischen Erdbeben ist an die Ränder der Lithosphärenplatten gebunden.

Abb. 2.12 Seismizität der Erde, Erdbebenherde (Press & Siever, 2003) 2.5.2 Magnitude Die Magnitude M eines Erdbebens ist ein relatives Zahlenmaß für die freigesetzte Energie im Hypozentrum des Bebens. Sie wird aus dem dekadischen Logarithmus der maximalen Amplitude der seismischen Schwingweg-Registrierung an der Erdober-fläche bestimmt, nachdem sie auf eine Herdentfernung von 100 km theoretisch reduziert worden ist (RICHTER-Skala, 1935): M = log (A / Ao) A Amplitude in [µm] Ao = 1 [µm] Referenzamplitude Jede Stufe der RICHTERschen Magnitudenskala bedeutet eine Steigerung der Schwingweg-Amplitude um das jeweils 10-fache der darunterliegenden Stufe. Man unterscheidet zwischen Raumwellenmagnituden (Mb) und Oberflächenwellen-Magnituden (Ms).

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.10 2.5.3 Hypozentrum, Epizentrum, Intensität und Schadenswirkung Das Hypozentrum ist ein hypothetischer Punkt in der Erdkruste, von der das Erdbeben ausgeht. Das Epizentrum ist die radiale Projektion des Hypozentrums auf die Erdoberfläche. Die Intensität ist eine Kennzahl für die Stärke der Bodenbeschleunigung bei Erdbeben anhand der Auswirkungen auf Menschen und Objekte und anhand des Ausmaßes der Gebäudeschäden vor Ort. Die DIN 4149:2005-04 verwendet die Europäische Makroseismische Skala (EMS) 2.5.4 Erdbebenzonen in Deutschland Die Erdbebenzonen der Bundesrepublik Deutschland sind in Abb. 2.13 dargestellt. Den Erdbebenzonen werden auf der Grundlage berechneter Intensitäten in Tabelle 2.1 Intensitätsintervalle zugeordnet. Die Gefährdung innerhalb jeder Erdbebenzone wird als einheitlich angesehen, abgesehen von Variationen, die sich durch unterschiedliche Untergrundbedingungen ergeben. Die Referenz-Wiederkehrperiode, für die die Erdbebengefährdungskarte bzw. die daraus abgeleitete Erdbebenzonenkarte, siehe Abb. 2.13, erstellt wurde, beträgt 475 Jahre; dem entspricht eine Wahrscheinlichkeit des Auftretens oder Überschreitens von 10 % innerhalb von 50 Jahren. Als zonenspezifischer Einwirkungsparameter gilt ein Bemessungswert der Bodenbeschleunigung αg, der in Tabelle 2.1 den Erdbebenzonen zugeordnet ist und als Grundlage für den rechnerischen Erdbebennachweis anzusehen ist, sofern dieser erforderlich ist. Für die Zuordnung einzelner Kreise und Gemeinden zu den Erdbebenzonen wird ein Beiblatt zur DIN 4149:2005-04 erarbeitet.

Erdbebenzone Intensitätsintervalle Bemessungswert der Bodenbeschleunigung

αg [m/s²]

0 1 2 3

6 ≤ I ≤ 6,5 6,5 ≤ I ≤ 7 7 ≤ I ≤ 7,5

7,5 ≤ I

- 0,4 0,6 0,8

Tab. 2.1 Zuordnung von Intensitätsintervallen und Bemessungswerten der Boden-beschleunigung zu den Erdbebenzonen nach Abb. 2.13

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.11

Abb. 2.13 Karte der Erdbebenzonen in der Bundesrepublik Deutschland (Bild 2 aus

DIN 4149:2005-04)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.12 2.5.4 Untergrundverhältnisse, Geologie und Baugrund Der Einfluss der örtlichen Untergrundverhältnisse auf die Erdbebeneinwirkung ist generell durch eine Einstufung in eine der drei geologischen Untergrundklassen R, T, S und in eine der drei Baugrundklassen A, B, C zu berücksichtigen. Als Kombinationen von geologischem Untergrund und Baugrund können die Unter-grundverhältnisse A-R, B-R, C-R, B-T, C-T, C-S vorkommen. 2.5.4.1 Geologische Untergrundklassen Es wird zwischen den folgenden geologischen Untergrundklassen unterschieden: - Untergrundklasse R Gebiete mit felsartigem Gesteinsuntergrund. - Untergrundklasse T Übergangsbereiche zwischen den Gebieten der Untergrundklasse R und der Untergrundklasse S sowie Gebiete relativ flachgründiger Sedimentbecken. - Untergrundklasse S Gebiete tiefer Beckenstrukturen mit mächtiger Sedimentfüllung. Die geologischen Untergrundklassen in den Erdbebenzonen in Deutschland werden in Abb. 2.14 gezeigt. Für die Zuordnung einzelner Kreise und Gemeinden zu den Untergrundklassen ist ein Beiblatt zur DIN 4149:2005-04 in Vorbereitung. 2.5.4.2 Baugrundklassen Der Baugrundbegriff wird nach folgenden Baugrundklassen unterschieden: - Baugrundklasse A Unverwitterte (bergfrische) Festgesteine mit hoher Festigkeit. Dominierende Scherwellengeschwindigkeiten liegen höher als etwa 800 m/s. - Baugrundklasse B Mäßig verwitterte Festgesteine bzw. Festgesteine mit geringerer Festigkeit oder grobkörnige (rollige) bzw. gemischtkörnige Lockergesteine mit hohen Reibungseigenschaften in dichter Lagerung bzw. in fester Konsistenz (z. B. glazial vorbelastete Lockergesteine). Dominierende Scherwellengeschwindigkeiten liegen etwa zwischen 350 m/s und 800 m/s. - Baugrundklasse C Stark bis völlig verwitterte Festgesteine.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.13

Abb. 2.14 Geologische Untergrundklassen in den Erdbebenzonen in der Bundes-

republik Deutschland (Bild 3 aus DIN 4149:2005-04)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 2.14 2.6 Übungsaufgaben Ü 2.1 Was ist der Unterschied zwischen exogener und endogener Dynamik der Erde? Nennen Sie jeweils wichtigste Ursachen und Wirkungen. Ü 2.2 (a) Beschreiben Sie den Schalenaufbau des Erdkörpers. (b) Wodurch sind die einzelnen Schalen charakterisiert? (c) Woher kennt man sie? Ü 2.3 (a) Was sind isostatische Ausgleichsbewegungen der Erdkruste? (b) Nennen Sie Beispiele. Ü 2.4 (a) Beschreiben Sie das Prinzip der Plattentektonik der Erdkruste mit den Mechanismen Mantelkonvektion, Sea-Floor-Spreading, Subduktion, Vulkanismus, Erdbeben, Orogenese, Rifting, Kontinentalverschiebung. (b) Nennen Sie Beispiele für Subduktionszonen und intrakontinentale Riftzonen. Ü 2.5 (a) Zeigen Sie am Beispiel der San Andreas Verwerfung in Kalifornien die Bewegung der ostpazifischen Plattengrenze relativ zur nordamerikanischen sowie die Folgen dieser Bewegung. (b) Welche Möglichkeiten gibt es, diese Bewegungen zu beobachten und zu messen? Ü 2.6 (a) Erläutern Sie den Mechanismus eines tektonischen Erdbebens. (b) Wo sind die Erdbebenzonen hauptsächlich lokalisiert? Warum? (c) Was sind Nachbeben? Ü 2.7 (a) Wo gibt es in Europa Gebiete mit erhöhter seismischer Aktivität? (b) Welche Regeln müssen dort bei Ingenieurbauten beachtet werden? Ü 2.8 (a) Welche seismischen Bodenschwingungsformen sind für Ingenieurbauwerke besonders kritisch? (b) Welcher Baugrund ist bei Erdbeben am stärksten gefährdet? Warum? Stichworte zu Kap. 2 ( ... sind im Text erläutert ) Asthenosphäre, Atmosphäre, Divergenz, Ekliptik, Erdbeben, Erdbebenwellen, Erdkern, Erdkruste, Erdmantel, Geothermie, Gezeiten, Gravimetrie, Hydrosphäre, Intensität, Isostasie, Jahreszeiten, kontinentale Kruste, Kontinentalverschiebung, Lithosphäre, Magnitude, Moho-Diskontinuität, ozeanische Kruste, Plattentektonik, Schwerkraft, Seismizität, Subduktion

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 3.1 3. KRISTALLE, MINERALE, GESTEINE und GEBIRGE (Petrographische Grundlagen, Kreislauf der Gesteine)

Abb. 3.1 Betrachtungsbereiche bei der stofflichen Zusammensetzung der Erde 3.1 Geochemische Elemente, Kristalle Die (in Gewichtsprozent) häufigsten 8 chemischen Elemente der Oberkruste der Erde sind: Sauerstoff (O) ca. 47 % Silicium (Si) ca. 28 % Aluminium (Al) ca. 8 % Eisen (Fe) ca. 5 % Calcium (Ca) ca. 4 % Natrium (Na) ca. 3 % Kalium (K) ca. 3 % Magnesium (Mg) ca. 2 % Kristalle sind anorganische oder organische Festkörper mit definierter chemischer Zusammensetzung und geordneter, meist periodischer atomarer und geometrischer Struktur.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 3.2 3.2 Minerale Minerale sind chemisch homogene anorganische Kristalle oder amorphe Feststoffe der Erde. Jedes Mineral hat eine chemische Formel. Die Minerale sind die Grundkörper der Gesteine. Am häufigsten sind die Silikate, z.B. Quarz (SiO2). Minerale mit hohem Si-Gehalt heißen "sauer"; bei geringem Si-Gehalt nennt man sie "basisch". Silikate - Gerüstsilikate z.B. Quarz, Feldspäte - Schichtsilikate z.B. Glimmer, Talk, Serpentin, Chlorit, Tonminerale - Bändersilikate (Amphibole) z.B. Hornblende - Kettensilikate (Pyroxene) z.B. Augit - Ringsilikate z.B. Turmalin - Gruppensilikate z.B. Disthen - Inselsilikate z.B. Olivin Weitere gesteinsbildende Minerale: Phosphate z.B. Apatit Sulfate z.B. Anhydrit, Gips, Baryt Karbonate z.B. Calcit, Dolomit, Siderit, Magnesit Oxide und Hydroxide z.B. Haematit, Magnetit, Korund, Limonit Halogenide z.B. Fluorid, Steinsalz, Sylvin Sulfide z.B. Pyrit, Zinkblende Reine Elemente z.B. Gold, Silber, Kupfer, Schwefel, Kohlenstoff 3.3 Gesteine a) im petrographischen Sinn: ein Gemenge von Mineralen, z.B. Granit, bestehend aus Feldspat, Quarz und Glimmer b) im geologischen Sinn: alle anorganischen und organischen festen Bestandteile der Erdkruste (Magmatite, metamorphe Gesteine, Sedimentgesteine) c) in der Geomechanik werden die Gesteine weiter unterteilt in Festgestein: Gestein, dessen Bestandteile (Körner) eine feste und dauerhafte Bindung besitzen, die unter Wassereinwirkung über längere Zeit nicht verloren geht Lockergestein: Boden, dessen Bestandteile keine oder nur eine sehr schwache Bindung aufweisen Veränderlich feste Gesteine verlieren ihren Zusammenhalt (Kohäsion) unter Einwirkung von Wasser 3.4 Gebirge, Fels Als Gebirge bezeichnet man in der Geotechnik makroskopisch jeden natürlichen Verband von Locker- und/oder Festgestein einschließlich des Gefüges (Schichtung, Schieferung, Klüftung, Störung, usw.) und des darin enthaltenen Wassers.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 3.3 Festgestein im natürlichen Verband heißt Fels. Anders als im geographischen Sprachgebrauch bedeutet das Gebirge nicht notwendig immer eine topographische Erhebung der Geländeoberfläche. 3.5 Bestimmung der Minerale und Gesteine

Bestimmungsweise Hilfsmittel Gesteins- bzw. Mineralmerkmale

Feldansprache

makroskopisch-visuelle Ansprache am Handstück bzw.

in-situ

Lupe, Hammer, Taschenmesser

verdünnte Salzsäure (3 Teile Wasser, 1 Teil

konz. Salzsäure) Strichplatte aus

unglasiertem Porzellan

Gefügemerkmale, Korn- bzw.

Mineralform, Dichte, Härte,

Kalkgehalt, Farbe, Strichfarbe, Geschmack

mikroskopische Untersuchung an

Dünnschliffen, polierten Gesteins-oberflächen oder Mineralkörnern

Polarisations-

mikroskop

Gefügemerkmale, Farbe,

Lichtbrechungs-index,

Doppelbrechung, Kristallsystem

Röntgenographisch Röntgendiffraktometer

Kristallgitter-abstände

(Mineralart) Laborunter-

suchung Elektronenoptisch Elektronenmikroskop Elektronenmikrosonde

Mikrogefüge, Elemente d.

Minerale

Chemisch-

physikalische

Analysen

chemisch-

physikalisches Labor

Stoffbestand, Gefüge u. Textur,

typische Reaktionsvorgänge

alle chemisch-physikalischen Eigenschaften

eines Minerals oder Gesteins

Mohs'sche Härteskala:

1. Talk 2. Steinsalz mit dem Fingernagel ritzbar

3. Calcit 4. Flussspat

mit dem Messer ritzbar

5. Apatit 6. Orthoklas 7. Quarz ritzen Fensterglas 8. Topas 9. Korund

10. Diamant schneiden Fensterglas

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 3.4 3.6 Kreislauf der Gesteine

Darstellung nach Cloos, 1929:

Schematische Darstellung:

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 3.5 3.7 Übungsaufgaben zu den Kapiteln 3 bis 6 Ü 3.1 Wie heißen die häufigsten chemischen Elemente der Erdkruste? Ü 3.2 Umreißen Sie kurz den Kreislauf der Gesteine. Ü 3.3 Welches sind die für das Bauwesen jeweils wichtigsten Vertreter der (a) Sedimentgesteine, (b) Metamorphite und (c) Magmatite? Ü 3.4 Welcher Naturstein ist bei den Bauwerken in Karlsruhe bevorzugt verwendet worden? Warum? Ü 3.5 Entdecken Sie einen Steinbruch? (a) Wo liegt er? (b) Welches Gestein wird abgebaut? (c) Wie erfolgt der Abbau? (d) Worin bestehen die geologischen Besonderheiten? Ü 3.6 Nennen Sie je ein Beispiel für (a) homogenes, (b) inhomogenes, (c) isotropes, (d) anisotropes Gestein Ü 3.7 Was versteht man unter dem Gefüge eines Gesteins? Welche Bildungsbedingungen bestimmen vorrangig das Gefüge von (a) klastischen Sedimenten, (b) Tiefengesteinen, (c) Metamorphiten? Ü 3.8 Sammeln Sie im Gelände Gesteinshandstücke: (a) Sedimentit, (b) Magmatit und (c) Metamorphit. Geben Sie die Fundstellen an, und charakterisieren Sie die Gefügemerkmale dieser Gesteinsproben. Ü 3.9 Mechanische Gesteinseigenschaften: Was versteht man unter (a) Härte, (b) Festigkeit, (c) Verformbarkeit ? Ü 3.10 Was ist der Unterschied zwischen (a) sprödem und duktilem Materialverhalten? (b) Gesteinsfestigkeit und Gebirgsfestigkeit?

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 3.6 Ergänzende Stichworte zu Kap. 3 Anisotropie: siehe Isotropie Diagenese: Umbildung lockerer Sedimente zu mehr oder weniger festen Gesteinen durch langzeitige Wirkung von Überlagerungsdruck, Temperatur, chemischer Lösung und Ausscheidung (Zementation). Die Diagenese geht in die niedrigsten Stufen der Metamorphose über. Feldspäte: häufigste Mineralgruppe der Erdkruste: Silikate mit Al, Ca, K und Na felsisch: aus hellen Silikaten bestehend (z.B. Feldspat, Quarz, Muskowit) Gemengteile: Mineralarten, aus denen ein Gestein zusammengesetzt ist. Sie werden untergliedert in die Hauptgemengteile, die den überwiegenden Teil eines Gesteins aufbauen, und in die Nebengemengteile. Handstück: Gesteinsprobe von etwa Handgröße Homogenität: Gleichartigkeit eines betrachteten Bereichs in bezug auf Aufbau und Eigenschaften (chemisch und physikalisch). Gegensatz: Inhomogenität Isotropie: Besonderheit eines Betrachtungsbereichs, bezüglich bestimmter Eigenschaften (z.B. Härte, Festigkeit, Verformbarkeit, Durchlässigkeit, Lichtbrechung usw.) in allen Richtungen gleiche Reaktion zu zeigen. Gegensatz: Anisotropie Lagerstätte: Mineralische Anreicherungen, die sich wirtschaftlich verwerten lassen mafisch: aus dunklen Silikaten bestehend, reich an Mg und Fe, (Pyroxene, Amphibole) Matrix: feinkörnige Grundmasse gröberkörniger Gesteine Metamorphose: chemisch-strukturelle Gesteinsumwandlung unter veränderlichen Temperaturen und Drücken Silikate: Gemenge aus Verbindungen mit Quarz (SiO2 Polymerisation: Ketten- und Ringbildungen) Struktur: Geometrische Ausbildung der einzelnen Minerale eines Gesteins (z.B. Kornform, Korngröße) Textur: Räumliche Anordnung der Minerale und ihrer Aggregate im Gestein (z.B. Lagentextur, Fließtextur)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.1 4. MAGMATISCHE GESTEINE (Plutonite, Vulkanite, Ganggesteine) 4.1 Magma, Lava Die Temperatur der Erde nimmt mit der Tiefe zu (geothermischer Gradient). Durch Aufschmelzung von Gesteinskomplexen unter geeigneten Temperatur- und Druckverhältnissen in der unteren Erdkruste oder im oberen Erdmantel entsteht Magma als eine Gesteinsschmelze mit gelösten Gasen, aus denen umgekehrt bei Abkühlung die Magmatite auskristallisieren. Der Schmelzprozess (Anatexis) hängt von den Temperatur- und Druckbedingungen sowie vom Anteil der Gase (z.B. H2O, CO2) in der Schmelze ab. Die meisten Gesteine setzen sich aus mehreren Mineralen zusammen, die jeweils unterschiedliche Schmelztemperaturen haben. Oft wird nur ein Teil der Minerale aufgeschmolzen (Teilschmelzen). An der Erdoberfläche austretendes Magma heißt Lava. Bei Vulkanen betragen die Eruptionstemperaturen der Lava 700 oC bis > 1200 oC. Der Chemismus der Laven hängt von der Temperatur ab und variiert entsprechend stark. Magmen und Laven enthalten unterschiedliche chemische Elemente (O2, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, u.a.), die sich zu Oxiden verbinden. Der Gehalt an Siliziumdioxid (SiO2) erlaubt eine Klassifizierung der Magmatite: Gehalte von 45 - 52 Vol. % SiO2 charakterisieren basische Gesteine; Gehalte von 52 - 65 Vol. % SiO2 ergeben intermediäre Gesteine; und Gesteine mit über 65 Vol. % SiO2 bezeichnet man als sauer. Vom Basischen zum Sauren nehmen die Fe- und Mg-Gehalte ab, während die Metalle Na und K relativ zunehmen. 4.2 Magmatite, Magmendifferentation Magmatische Gesteine (Magmatite, Erstarrungsgesteine) sind Gesteine, die durch Abkühlung des Magmas entstehen (Abnahme von Temperatur und Dampfdruck). Sind sie im Erdinneren erstarrt, heißen sie Tiefengesteine. Dagegen sind Ergussgesteine an der Erdoberfläche erstarrt. Wegen seiner gegenüber dem Nebengestein geringeren Dichte steigt das flüssige Magma langsam auf. Die damit verbundene Ausdehnung erzeugt Druck, der das Magma (meist auf Risszonen) nach oben presst. Es kann die Erdoberfläche erreichen und dort in Vulkanen als Lava oder andere Auswurfprodukte eruptieren. Die daraus entstehenden Gesteine heißen Vulkanite oder Eruptivgesteine (Kap. 4.3). Wenn das Magma bereits beim Aufstieg erstarrt, bevor es die Erdoberfläche erreicht, bildet es die Plutonite (Intrusivgesteine Kap. 4.4). Magmatische Strukturen entstehen je nachdem, wieviel Zeit das Magma oder die Lava zum Abkühlen braucht, in welcher Weise die Minerale auskristallisieren, welche Viskosität herrscht und welche Bewegungen das abkühlende Gestein unternimmt. Als Faustregel gilt: Je schneller ein Magma abkühlt, desto feinkörniger wird seine Struktur.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.2 Die Abkühlungsgeschwindigkeit hängt stark von der Größe und Gestalt des Magmenkörpers ab. Große Magmenmassen erstarren langsamer, Laven dagegen schneller als tiefsitzende Intrusionen, die von heißem Nebengestein umschlossen sind. Schlagartiges Abkühlen bringt oft Gesteinsglas hervor, das amorph ist. Das Gefüge der Magmatite hängt stark von der Abkühlungsgeschwindigkeit ab. 1. Schnelle Erstarrung: Ergussgesteine (Vulkanite, Laven, Eruptiva) Glasig-kristallines, porphyrisches Gestein 2. Erstarrung in Gängen: Ganggesteine Porphyrisches, holokristallines, gleichkörniges, richtungsloses Gestein 3. Langsame Abkühlung: Tiefengesteine (Plutonite, Intrusiva) Holokristallines, gleichkörniges, richtungsloses Gestein Abkühlung --------------- >

--------------------- > Zunahme an SiO2

Abb. 4.1 Schema der Magmendifferentiation In basischen Ergussgesteinen findet man häufig Gasblasenhohlräume; in intermediären und sauren Gesteinen sind sie selten. Die sauren Gesteine zeigen dafür in einigen Fällen Fließstrukturen, die auf Magmendifferentiation während des Fließens hindeuten. Magmendifferentiation bezeichnet die Änderung der mineralischen Zusammensetzung des Magmas. Bei Abkühlung fallen die unterschiedlichen Gesteinskomponenten durch sukzessive Erstarrung aus. Hauptkristallisation nennt man den Zeitabschnitt, in dem der Hauptteil eines Magmas auskristallisiert; vorher setzt die Frühkristallisation, danach die Restkristallisation ein.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.3 Der Mineralbestand der magmatischen Gesteine hängt von der Zusammensetzung der Schmelze ab. Neben dem Quarz stellen die Silikatschmelzen die Hauptgemengeteile dar, gegenüber denen die nicht-silikatischen Nebengemengteile quantitativ sehr zurücktreten. Die Aufgliederung der Hauptgemengteile in 2 Hauptgruppen geschieht nach der Reihenfolge ihrer Ausscheidung aus dem sich abkühlenden Magma (Tab. 4.1): (1) kieselsäurearme (=basische), dunkel gefärbte melanokrate Minerale, die in der Schmelze eine Tendenz zum Absinken haben, (2) kieselsäurereiche (=saure), helle leukokrate Minerale, die spezifisch leichter als die Schmelze sind. Mit der allmählichen Abkühlung und der fortschreitenden Magmendifferentiation wird die anfangs relativ basische Schmelze immer reicher an Kieselsäure. Daher zählen die magmatischen Gesteine, die aus dem Restmagma stammen, zu den "sauren Varianten".

grobkörn ig G ranit G ranodiorit D iorit G abbro fe inkörn ig R hyolith D az it A ndestit B asalt

Zunahm e des K iese lsäuregeha lts

Zunahm e des N atrium gehalts

Zunahm e des K alium gehalts

Zunahm e des C a lc ium geha lts

Zunahm e des M agnesium gehalts

Zunahm e des E isengeha lts

Zunahm e der V iskos itä t

Zunahm e der S chm elz tem peratur

Sauer In te rm ediär Basisch

hell dunkel

geringer D ich te größer

Tab. 4.1 Einteilung der Magmatite

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.4 4.3 Vulkane, Vulkanite Eine Eruption ist das Empordringen von Magma oder Gasen aus dem Erdinneren bei einem Vulkanausbruch. Die dabei durch Erstarrung der Lava entstehenden Gesteine sind die Ergussgesteine (Eruptivgesteine, Vulkanite). Die Lava erreicht die Erdoberfläche über lange Spalten (Klüfte) oder eine Röhre (Schlot). Die Eruptionsmassen häufen sich um den Schlot zu einem Vulkan an. Neben den festen und flüssigen Eruptionsprodukten treten Gase aus (z.B. H2O, SO2), die zum größten Teil in die Atmosphäre entweichen. Viele Vulkanausbrüche sind mit starken Explosionen verbunden (z.B. Ätna, Mount St. Helens). Dabei wird teils festes, teils flüssiges Material empor geschleudert. Die größeren Brocken (Bomben) fallen schnell zurück, während sich das Feinmaterial (Asche) weit über die Umgebung verteilt. Im Lauf mehrerer Eruptionszyklen häufen sich die Bruchstücke um den Vulkan lagenweise an und verfestigen sich mit der Zeit zu Pyroklastika. Die Menge der weltweit durch Explosionen geförderten Lockerprodukte übersteigt die Masse der ruhig ausfließenden (=effusiven) Lavaströme bei weitem. Der SiO2-Gehalt der Lava bestimmt entscheidend deren Zähigkeit (Viskosität): Die Viskosität steigt mit sinkender Temperatur; je höher außerdem der Gehalt an SiO2, desto zähflüssiger ist die Lava. Laven mit hohem SiO2-Gehalt erzeugen kurze, dicke Ströme, Quellkuppen und Dome. Basische Laven mit ihren relativ geringen SiO2-Gehalten können dagegen weit ausgedehnte, nahezu horizontale Vulkanitdecken (Trap, z.B. Dekkan-Traps) bilden. Wahrscheinlich entsteht die Mehrzahl aller Vulkanite unter Wasser am Tiefseeboden als ozeanischer Basalt. Die rasche untermeerische Abkühlung erhöht die Viskosität so stark, dass die an den Riftzonen aufsteigende und auseinander fließende Lava kissenartige Formen bildet (Pillow Lava). Je nach Art der Förderung werden verschiedene Vulkantypen an der Erdoberfläche erzeugt: Schildvulkane und Stratovulkane. Schildvulkane sind flach gelagert und bestehen überwiegend aus Lavadecken (Abb. 4.2). Sie entstehen durch reine Effusivtätigkeit (z.B. auf Hawaii).

Abb. 4.2 Schildvulkan (Press & Siever, 2003)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.5 Stratovulkane sind steil gelagert und bestehen aus einer Mischung von Lava und Lockermassen (Abb. 4.3). Sie entstehen aus einem Wechsel von effusiver und explosiver Tätigkeit (z.B. Vesuv).

Abb. 4.3 Stratovulkan (Press & Siever, 2003) Der Basalt ist mit mengenmäßig mehr als 90% das weitaus häufigste vulkanische Gestein. Er ist schwarz gefärbt und enthält ca. 50% Si und größere Mengen an Eisen. Wegen seiner hohen Härte, Zähigkeit und Druckfestigkeit ist er bautechnisch von großer Bedeutung. 4.4 Plutone, Plutonite Eine Intrusion ist das Eindringen einer Gesteinsschmelze in Teile der oberen Erdkruste. Bei ihrer Erstarrung entstehen die Plutone, die aus kristallinen Tiefengesteinen bestehen (Plutonite, Intrusivgesteine). Man findet sie im Grundgebirge untertage (Bergbau, Tunnelbau) und übertage dort, wo das Deckgebirge durch Erosion abgetragen ist (z.B. Schwarzwald, Bayrischer Wald, Harz). Der Prozess der Intrusion gleicht einem Aufstemmen der Nebengesteinsschichten, wobei nicht selten auch das Deckgebirge durchschlagen wird; die Lagerung zueinander ist dann diskordant. Das aufsteigende Magma wird in Klüfte gedrückt und bewirkt ein Ablösen ganzer Blöcke, die in das Magma einsinken; dadurch kann das Magma selbst noch weiter nach oben dringen. Tiefengesteine aus diskordanten lntrusionen sind oft sauer. Vereinzelt (z.B. im Harz, Odenwald) findet man auch km-mächtige konkordante Lagen von basischen Intrusiva. Deren Plutonite haben eine oft lagige Struktur (z.B. Gabbros). Intrusivgesteine sind i. a. an kontinentale Orogene gebunden, während sie im ozeanischen Bereich fast völlig fehlen. Sie werden nach Größe, Form, Entstehungstiefe und ihrer Stellung zum Nebengestein klassifiziert. Große rundliche Plutone mit einer Ausbissoberfläche von mehr als 100 km2, steil stehenden Kontaktflächen mit dem Nebengestein und tief reichenden Förderkanälen heißen Batholite (z.B. Brockenmassiv).

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.6

Abb. 4.4 Batholith: Profil des Brockenmassivs mit Intrusionsfolge und Kontakthof Stellenweise kann das Deckgebirge beim Eindringen von Magma angehoben und ausgebeult worden sein, z.B. San Francisco Mountains. Der entsprechende Intrusivkörper hat eine domartige und an der Basis flache Form und heißt Lakkolith. Seine Magmenzufuhr kann aus der Tiefe oder von der Seite erfolgt sein.

Abb. 4.5 Auftretensformen der Magmatite 4.5 Magmatische Gänge, Ganggesteine Ein Gang ist die Füllung einer Felsspalte mit Mineralgemenge (Ganggestein), das jünger als das Nebengestein ist. Gänge sind Klein-Intrusionen, die diskordant oder konkordant auftreten und bis zu 100 km und mehr lang sein können. Sie entstammen oft einer in großer Tiefe liegenden Magmenkammer. Lagergänge (Sills) sind flache, konkordante Intrusionen; sie sind an flach gelagerte Schichtflächen des Nebengesteins gebunden. Das eindringende Magma muss entsprechend dünnflüssig gewesen sein und ist daher fast immer basisch zusammengesetzt.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.7 Quergänge (Dykes) sind senkrechte oder steil stehende diskordante Kluftfüllungen von wenigen Zentimetern bis mehreren Metern Dicke (Abb. 4.6). Sie können auch in Schwärmen von radial oder parallel verlaufenden Gangscharen auftreten. Ein charakteristisches Ganggestein ist Dolerit.

Abb. 4.6 Quergänge 4.6 Gefüge der Magmatite Wegen ihrer Zusammensetzung aus einzelnen Kristallen zählt man die Magmatite zu den kristallinen Gesteinen. Die Kristalle stoßen an den Korngrenzen ohne Zwischenmittel direkt aneinander und sind bei den Magmatiten i. a. regellos verteilt. Die Kristallisation der Magmatite aus der Schmelze geschieht bei fallender Temperatur: Zuerst kristallisieren die hochschmelzenden Minerale (z.B. Olivin), sobald ihre Schmelztemperatur unterschritten ist. Sie können ohne Zwängung ihre idiomorphe, charakteristische Kristallform ausbilden (z.B. die Einsprenglinge von Porphyrgesteinen). Mit weiterer Abkühlung und Auskristallisierung anderer Minerale wird das Kristallwachstum aus Platzgründen zunehmend behindert. Für die zuletzt erstarrenden Minerale bleibt nur noch wenig Raum, in dem die Kristalle dann irreguläre, xenomorphe Formen entwickeln. Das gegenseitige Anordnungsverhältnis der Kristallkörner im Gestein bezeichnet man als Struktur. Das Gefüge eines magmatischen Gesteins ergibt sich aus dessen Struktur und Textur. a. Struktur der Gesteinskomponenten - Kristallinität amorph (=glasig) bei vulkanischen Gesteinsgläsern durch schnelle Erstarrung (z.B. Obsidian) hemikristallin-porphyrisch: Einsprenglinge in dichter, z. T. glasiger Grundmasse, fast immer bei Vulkaniten (z.B. Andesit) holokristallin-porphyrisch: vollkristallin, typisch für Tiefengesteine (z.B. Granit) - Kornform idiomorph bis xenomorph - Gestalt isometrisch, tafelig, prismatisch, stängelig, blättrig - Korngröße absolut: grobkörnig 5 - 30 mm mittelkörnig 1 - 5 mm feinkörnig < 1 mm relativ: gleichkörnig, ungleichförmig, porphyrisch

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.8

(a) gleichkörnig (b) ungleichkörnig (c) porphyrisch Abb. 4.7: Strukturen: Relative Korngrößen: (a) gleichkörnig (=holokristallin) (b) ungleichkörnig (=heteroklastisch) (c) porphyrisch b. Textur (=Gefügegeometrie): räumliche Einregelung der Minerale durch Platznahme, Abkühlungsbedingungen, Reaktion mit dem Nebengestein u.a. - massig, richtungslos typisch für Tiefengesteine, langsame (z.B. Granit, Diorit) Erstarrung, kaum Bewegung - lagig, schichtig entsteht durch Magmendifferentiation - fließend, gebändert typisch für Ergussgesteine, Schmelze (z.B. Quarzporphyr) war bei der Erstarrung an der Oberfläche noch in Bewegung - porös, blasig, schlackig Gasanreicherung im Magma entweicht (z.B. Bimsstein) beim Austritt an die Erdoberfläche und hinterlässt porige Textur - drusig, mandelsteinförmig ehemalige Blasenräume im Gestein (z.B. Mandelsteine) werden sekundär durch Quarz, Kalkspat o. a. Verbindungen ausgefüllt

(a) (b) (c) (d) Abb. 4.8: Texturen: (a) massig, (b) lagig, (c) fluidal, (d) gebändert

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.9 4.7 Bautechnisch bedeutende Magmatite

Verw

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Tab. 4.2: Bautechnisch bedeutende Magmatite

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.10 4.8 Übungsaufgaben (siehe auch Kap. 3.7) Ü 4.1 (a) Welche unterschiedlichen Vulkantypen kennen Sie? (b) Nennen Sie für die verschiedenen Typen jeweils Namensbeispiele Ü 4.2 Welche Temperaturbedingungen führen bei der Magmendifferentiation zu den folgenden Strukturen von Magmatiten? (a) grobkristallin, gleichkörnig, richtungslos (b) porphyrisch, richtungslos (c) glasig kristallin Ü 4.3 Üben Sie beim Gang über einen Friedhof, wo Sie typische Tiefengesteine als Grabplatten gesägt und poliert in großer Zahl entdecken können, oder an einem Bauwerk mit Natursteinverblendung die visuelle Bestimmung von Tiefenge- steinen nach der folgenden Anleitung. (a) Wählen Sie eine Platte aus Tiefengestein aus und dokumentieren Sie die beobachteten Merkmale in Worten und durch eine Skizze oder ein Foto: (b) Kann man die Kristalle mit dem bloßen Auge erkennen?

• grobkörnig ? • mittelkörnig ? • kleinkörnig ?

(c) Sind die Kristalle

• gleichförmig, • ungleichförmig oder • porphyrisch

(d) Wie könnte das betrachtete Tiefengestein entstanden sein? Hinweise: Gesteine der großen Intrusionen sind i. a. grobkörnig. Die Gesteine der kleineren Intrusionen kühlen wegen der Nähe zur Oberfläche schneller ab und haben daher mittelkörnige bis porphyrische Strukturen. Laven erstarren durch rasche Abkühlung zu feinkörnigen, porphyrischen oder amorphen Gesteinen. Bei den Tiefengesteinen überwiegen die granitischen wie Granit und Granodiorit, bei den vulkanischen Gesteinen die basischen wie Basalt und Andesit.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.11 Ergänzende Stichworte zu Kap. 4 amorph: glasige Struktur, die bei vulkanischen Gesteinsgläsern durch sehr rasche Abkühlung entsteht Basaltsäulen: polygonale Säulen, die beim Abkühlen von Basaltergüssen entstehen basisch: Bezeichnung für quarzlose oder quarzarme Magmatite Caldera: durch Explosion oder Einsturz entstandener, kesselförmig stark erweiterter Krater eines Vulkans Diskordanz: Gegensatz von Konkordanz Einsprengling: Kristall, der in einer feinerkörnigen Grundmasse eingebettet ist (z.B. porphyrische Struktur bei magmatischen Gesteinen) Eruption: Empordringen von Magma oder Gasen aus dem Erdinneren bei einem Vulkanausbruch Eruptivgesteine (Eruptiva): die bei einer vulkanischen Eruption durch Erstarrung des Magmas entstandenen Gesteine ( = Tiefen-, Erguss- oder magmatische Gesteine) Fließtextur: liegt vor, wenn sich die unterschiedlichen Komponenten eines Gesteins im flüssigen oder gasförmigen Zustand so geordnet haben, dass die Fließrichtung der Schmelze auch im verfestigten Gestein noch erkennbar ist Gang: Füllung einer Felsspalte mit Mineralien, die jünger als das Nebengestein sind. Ganggesteine: Gesteine, die Spalten in anderen Gesteinen füllen; die Gänge können bis zu mehreren Kilometern mächtig und über hundert Kilometer lang sein. holokristallin: volle Kristallinität sämtlicher Gesteinsgemengteile idiomorph: Form von Kristallen in Magmatiten mit gut ausgebildeter Eigengestalt der Kristallflächen Intrusion: Eindringen einer Gesteinsschmelze in Teile der Erdkruste. Die bei der Erstarrung solcher Schmelzen entstehenden Intrusionskörper werden Plutone genannt; große rundliche Plutone heißen Batholithe. Konkordanz: ungestörte, schichtparallele Lagerung von Gesteinen. Gegensatz: Diskordanz Kristallisation: Hauptkristallisation: Zeitabschnitt, in dem der Hauptteil eines Magmas auskristallisiert; davor setzt die Frühkristallisation, danach die Restkristallisation ein. Lava: an der Erdoberfläche austretende zähflüssige Gesteinsschmelze. Beim Erstarren entstehen daraus Ergussgesteine.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 4.12 leukokrat: Bezeichnung für Magmatite, die reich an felsischen (hellen) Mineralen sind Maar: meist kreisförmige, oft wassergefüllte, kraterartige Vertiefungen in vulkanischen Gebieten, die durch Explosion unterirdischer Gas- und Dampfmassen entstanden sind (z.B. in der Eifel oder in den Vogesen) Magma: Gesteinsschmelze mit gelösten Gasen aus größerer Tiefe der Erdkruste und des oberen Erdmantels: Grundsubstanz der Magmatite Magmatische Gesteine (Magmatite, Erstarrungsgesteine): Gesteine, die durch Abkühlung des Magmas entstehen (Abnahme der Temperatur und des Dampfdrucks). Wenn sie im Erdinneren erstarrt sind, heißen sie Tiefengesteine. Dagegen sind Ergussgesteine oder vulkanische Gesteine an der Erdoberfläche erstarrt. Magmendifferentiation: Änderung der mineralischen Zusammensetzung des Magmas; bei Abkühlung fallen durch stufenweise Erstarrung unterschiedliche Gesteinskomponenten aus. melanokrat: Bezeichnung für Magmatite mit vorwiegend mafischen (dunklen) Mineralen Pluton: Intrusivkörper in der Erdkruste, der aus kristallinen Tiefengesteinen besteht Porphyr: Magmatit mit grobkörnigen Einsprenglingen in einer feinkörnigen Grundmasse Ultrabasite: Magmatite, die vorwiegend aus mafischen Mineralen (z.B. Olivin, Pyroxen, Amphibol, Biotit) bestehen Vulkanische (a) Aschen, (b) Bomben, (c) Schlacken: vom Vulkan ausgeworfene (a) feinkörnige Lockermassen, (b) Gesteinsbruchstücke, (c) poröse, miteinander verbackene Auswurfsbrocken xenomorph: Form von Kristallen in Magmatiten, die durch Einzwängung bei der Erstarrung ihre natürliche Eigengestalt nicht ausbilden konnten. Gegensatz: idiomorph

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 5.1 5. METAMORPHE GESTEINE (Regional-, Kontakt- und Ultrametamorphose, Schieferung) Metamorphe Gesteine (Metamorphite) sind durch Temperatur- und Druckeinwirkungen umgewandelte sedimentäre oder magmatische Gesteine mit - gegenüber dem Ausgangsgestein - veränderten Mineralen, Strukturen und Texturen. Primäres Gefügemerkmal der Metamorphite ist i. a. eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Paralleltextur (Schieferung). Bautechnisch wichtige Metamorphite sind z.B. Quarzit, Marmor, Phyllit, Glimmerschiefer und Gneis. 5.1 Temperatur- und Druckgradienten in der Erdkruste Das Verhalten der Gesteine hängt stark von dem Druck und der Temperatur in der Erdkruste ab. In der Nähe der Erdoberfläche reagieren die festen Gesteine überwiegend als spröde Körper, während sie sich mit zunehmender Tiefe und damit steigendem Umgebungsdruck eher wie zähe Flüssigkeiten (duktil) verhalten. 5.1.1 Geothermischer Gradient Maß für die Temperaturzunahme mit der Tiefe: Je nach Region 25 °C/km bis 35 °C/km, durchschnittlich 30 °C/km Sein Reziprokwert ist die Geothermische Tiefenstufe. 5.1.2 Lithostatischer Druckgradient Die Druckzunahme durch das Eigengewicht der Gesteine beträgt in der oberen Kruste 270 - 300 bar (27 - 30 MPa) pro Kilometer. Der lithostatische Druck im Erdinneren ergibt sich aus dem spezifischen Gewicht und der Mächtigkeit des überlagernden Gebirges. 5.2 Metamorphose Metamorphose ist die Umwandlung der Strukturen von vorhandenen Gesteinen unter Einwirkung von Druck und/oder Temperatur. Man unterscheidet Kontaktmetamorphose: eine lokale Temperaturerhöhung beim Kontakt eines (thermisch) Gesteinskörpers mit seiner Umgebung (z.B. intrudierende Magmen) erzeugt eine Mineralumwandlung. Dabei entstehen die Kontaktgesteine Dynamometamorphose: Veränderung durch gerichteten Druck: (mechanisch) Einregelung der Mineral-Lagen (Textur), z. T. auch mechanische Zerscherung (Mylonitisierung) Regionalmetamorphose: großräumige Druck- und Temperaturänderungen (mechanisch und thermisch) z.B. bei Epirogenese, Orogenese: Versenkung von Gesteinspartien in größere Tiefen mit einem Anstieg von Umgebungsdruck und -temperatur. Dabei entstehen kristalline Schiefer (z.B. Gneise).

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 5.2 Impaktmetamorphose: Metamorphose durch z.B. Meteoriteneinschlag Retrograde Metamorphose: läuft bei abnehmenden Temperaturen und Drücken ab; dabei werden Hochdruck- und Hochtemperatur- mineralien in neue Mineralien umgewandelt, die bei relativ tieferen Temperaturen und Drücken stabil sind. 5.3 Einteilung der Metamorphite

a) Regionalmetamorphose b) Kontaktmetamorphose Abb. 5.1 Regional- und Kontaktmetamorphose (Press & Siever, 2003)

Tab. 5.1 Einteilung der Metamorphite

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 5.3 5.4 Migmatite Unter den veränderlichen Druck- und Temperaturbedingungen in der Lithosphäre sind die Grenzen des Bereichs der Metamorphose gegen die Bereiche Diagenese und Wiederaufschmelzung (Anatexis) fließend. Die Migmatite entstehen bei teilweiser Auf-schmelzung oder Vermischung mit Magma als besonders komplexe Gesteine. 5.5 Gefüge der Metamorphite Das Gefüge ist der Oberbegriff für Struktur + Textur. Es ist ein Indiz für die bei der Ge-steinsbildung herrschenden physikalischen und chemischen Umgebungsbedingungen. Je nach Grad der Metamorphose werden die ursprünglichen strukturellen Merkmale (z.B. Schichtung von Sedimentgesteinen) teilweise oder völlig überprägt. Die Metamorphose kann zu einer Homogenisierung und Verfestigung (z.B. Gneise aus Magmatiten oder Sedimentiten) aber auch - besonders bei Gesteinen mit hohen Anteilen an Glimmern, Graphit oder Tonmineralen - zu einer Anisotropie im Verformungs- und Festigkeitsverhalten führen. 5.5.1 Struktur Alle Metamorphite sind holokristallin (=vollkristallin). Ihre Struktur ist der Oberbegriff für Form, Größe und gegenseitige Abgrenzung der einzelnen Minerale: - fein- oder grobkristallin

- gleich- oder ungleichkörnig - klastisch (tektonische Trümmerstrukturen, z.B. Mylonit) 5.5.2 Textur Textur ist die räumliche Anordnung der Mineralkörner im Gestein. Häufige Texturen der Metamorphite sind: (a) massig, richtungslos z.B. Marmor, Quarzit (b) schiefrig z.B. Glimmerschiefer (c) gebändert, lagig z.B. Bändergneis (d) linear, gestreckt

Abb. 5.2 Texturmerkmale von Metamorphiten Schieferung ist eine typische Gefügeeigenschaft metamorpher Gesteine ("kristalline Schiefer"). Die Paralleltextur der Schichtsilikate (z.B. Glimmerschiefer) entsteht nicht primär durch Schichtung sondern sekundär durch den Druck auf das Gestein während der Metamorphose.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 5.4 5.6 Fazies Fazies ist die Gesamtheit der Merkmale eines Gesteins. Mineralogisch wichtig ist die metamorphe Fazies, die durch die Vergesellschaftung der Mineralien im Gestein eine Einordnung des Gesteins in bestimmte Metamorphosebereiche erlaubt. Grünschieferfazies ist eine Sammelbezeichnung für metamorphe Gesteine der Epizone, die durch Gehalte an Epidot, Chlorit und anderen grünen Mineralien ausgezeichnet sind; sie entstehen meist aus Gabbros oder anderen basischen Gesteinen. 5.7 Bautechnisch bedeutende Metamorphite

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Tab. 5.2: Bautechnisch bedeutende Metamorphite

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 5.5 5.8 Übungen zu Kap. 5 (siehe auch Kap. 3.7) Ü 5.1 Wodurch unterscheiden sich die baugeologischen Eigenschaften des meta- morphen Gesteins Gneis qualitativ von denen des Tiefengesteins Granit? Ü 5.2 (a) Was ist Metamorphose, wo tritt sie auf?

(b) Was ist ein Quarzit, was ein Marmor, aus welchen Ausgangsgesteinen entstehen sie?

Ergänzende Stichworte zu Kap. 5 Anatexis: Endstufe der Metamorphose mit teilweiser Aufschmelzung des Gesteins. Bei weiterer Temperaturerhöhung tritt eine vollständige Wiederaufschmelzung des Gesteins und die Bildung von Magma ein (Palingenese) Orthogesteine: (veraltete) Bezeichnung für metamorphe Gesteine mit magmatischen Ausgangsmaterialien Paragesteine: (veraltete) Bezeichnung für metamorphe Gesteine mit nichtmag-matischen Ausgangsmaterialien Schieferung: (Foliation). Makroskopisch im Wesentlichen parallel gerichtetes, engstän-diges Flächengefüge mit meist eingeregelten Mineralneubildungen. Charakteristische Gefügeeigenschaft der metamorphen Gesteine durch die Paralleltextur der Schichtsi-likate (z.B. Glimmerschiefer). Struktur: beschreibende Bezeichnung für die Merkmale der Form, Größe und gegenseitige Abgrenzung der einzelnen Gemengteile (z.B. glasig, gleich- oder ungleichkörnig, klastisch, konglomeratisch, brekziös, fein- oder grobkristallin, porphy-risch). Indiz für die bei der Gesteinsbildung herrschenden physikalisch-chemischen Be-dingungen. Struktur und Textur bilden das Gefüge eines Gesteins Textur: geometrische (räumliche) Anordnung der Mineralkörner in einem Gestein (z.B. richtungslos, geschiefert, gebändert, fließend, porig)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 5.6

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 6.1 6. SEDIMENTGESTEINE (klastische, chemische und biogene Sedimente) Die Sedimentgesteine entstehen im Kreislauf der Gesteine durch Verwitterung -> Abtragung (Erosion) -> Transport und Sortierung - > Ablagerung (Sedimentation) -> Verfestigung (Diagenese). Ein primäres Gefügemerkmal der Sedimentgesteine ist daher in den meisten Fällen eine Schichtung in Lagen mit unterschiedlichen Kornarten und -größen.

Abb. 6.1 Sedimentgesteine und ihre Vorkommen (Press & Siever, 2003) 6.1 Einteilung der Sedimentgesteine Nach der Art der Entstehung (Genese) werden die Sedimentgesteine in klastische, chemische und biogene Sedimente eingeteilt. Klastische Sedimente Chemische Sedimente Organogene Sedimente Festland Fließendes Wasser

Kies, Sand, Schluff, Ton (Gesteinsbruchstücke, Quarz, Tonminerale u.a.)

Süßwasserkalk CaCO3 Travertin CaCO3

Süßwasserkalk z. T. CaCO3

Teiche und Seen Sand, Schluff, Ton (Quarz, Tonminerale)

Travertin CaCO3 Seekreide CaCO3

Travertin z. T. CaCO3 Faulschlamm (Kohlenstoffverbindungen mit Ton)

Moore - Raseneisenerz Fe(OH)3 + Quarz

Torf, Braunkohle (Kohlenstoffverbindungen)

Wind (Wüste, Steppe) Dünensand (meist Quarz) Löß (Quarz, Tonminerale, Feldspat, Kalk)

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Eis (Gletscher) Geschiebemergel Bänderton Sand

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Meer Kies, Sand, Schluff, Ton (Gesteinsbruchstücke, Quarz, Tonminerale u. a.)

Kalkstein CaCO3 Dolomit CaMg(CO3)2 Gips CaSO4 2 H2O Anhydrit CaSO4 Steinsalz NaCl Kalisalze KCl u. a.

Kalkstein z. T. CaCO3 (Riffkalke u. a.)

Tab. 6.1 Einteilung der Sedimente nach Entstehungsart und –ort

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 6.2 6.2 Klastische Sedimente (mechanische Sedimente, Trümmergesteine) Klastische Sedimente sind aus den mechanisch zerkleinerten Bruchstücken älterer Gesteine aufgebaut. 6.2.1 Grobkörnige Trümmergesteine - Korndurchmesser > 2mm - "Kies" Lockergestein - "Konglomerat", "Brekzie" mit gerundeten Geröllen, mit eckigen Gesteinsbrocken 6.2.2 Mittelkörnige Trümmergesteine - Korndurchmesser 2 - 0.06 mm - "Sand" Lockergestein - "Sandstein" Festgestein - Quarzsandstein, Kalksandstein - Arkosesandstein, Grauwacke - kalkiger, kieseliger, toniger Sandstein 6.2.3 Feinkörnige Trümmmergesteine - Korndurchmesser < 0.06 mm

"Schluff, (Silt, Siltstein)“, "Ton", "Schieferton, Ton-schiefer"; "Bentonit" (stark quellfähig) Lockergesteine Festgesteine

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Flussschotter Strandgeröll Flussschotter Standgeröll

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Flusssand Dünensand Seifensand Geschiebelehm

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Quarzit Grauwacke Arkose

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Schluffstein Tonstein

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Tab. 6.2 Einteilung der klastischen Sedimentgesteine nach Korngröße

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 6.3

Abb. 6.2 Körnungslinien der Lockergesteine 6.3 Chemische Sedimente (Rückstands- und Ausfällungsgesteine) Chemische Sedimente sind durch chemische Umwandlung von Gesteinen entstanden. In den meisten Fällen sind sie diagenetisch zu Festgesteinen mit kristallinem Gefüge umgewandelt (z.B. Kalkstein. Gips, Steinsalz). 6.3.1 Rückstandsgesteine (Residuate) Unlösliche Reste der chemischen Verwitterung: Böden 6.3.2 Ausfällungsgesteine (Präzipitate) Ausfällungsgesteine sind anorganische Feststoffausfällungen aus übersättigter Lösung (meistens Karbonate) bei Verringerung des Kohlensäuregehaltes (CO2-Verbrauch) - kalkige Gesteine Hauptbestandteil Ca CO3 - Kalksand, Kalkstein (auslaugungsgefährdeter Baustoff) - Mergel, Mergelstein - dolomitische Gesteine Hauptbestandteil Ca Mg (CO3)2 - Dolomit - dolomitischer Kalkstein, dolomitischer Mergelstein Karbonatgesteine mit Tonanteilen zwischen 25% und 75% heißen "Mergelsteine". 6.3.3 Oxidgesteine (Oxidate) Feststoffausfällungen unter Einwirkung von Sauerstoff (z.B. Eisen-Oolith)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 6.4 6.3.4 Eindampfungsgesteine (Evaporite) Ausscheidungen bei Wasserverdunstung aus Lösungen (Verdunstung von See- oder Meerwasser) bei relativ hohen Temperaturen, warmem Klima, geringem Niederschlag und zeitweiser Sperre des Wasserzuflusses (z.B. Lagune, Barre). - Sulfatgesteine Hauptbestandteil Ca SO4 - Anhydrit Ca SO4 (bei Wasserzutritt quellfähig) - Gips Ca SO4 * 2 H2O (wasserlöslich) - Chloridgesteine - Steinsalz Na Cl - Kalisalz (Sylvin) K Cl - Carnallit K Cl * Mg Cl2 * H2O 6.4 Biogene Sedimente (kalkig, kieselig, bituminös) Biogene Sedimente sind vorwiegend durch die Hart- und Weichteile von abgestorbenen Organismen aufgebaut. - kalkig-organogene Sedimente z.B. Kalkalgen Korallen, Riffkalk - kieselig-organogene Sedimente z.B. Kieselalgen, Kieselgur - bituminöse Sedimente z.B. Faulschlamm, Torf, Kohle, Anthrazit Anorganisch Organogen Eindampfungs-gesteine (Evaporite)

Gips (Anhydrit), CaSO4 2 H2O Steinsalz, NaCl Kalisalz, KCl

Ausfällungs-gesteine

Kalkstein CaCO3 Oolithkalk Spatkalk Dichter Kalk Mergel (Ton und Kalk) Dolomit, CaMg(CO3)2 Eisen- und Mangansedimente Kieselige Sedimente Hornstein Kieselschiefer

Kalkstein CaCO3 Foraminiferenschlick Riffkalk Schillkalk (Schalentrümmer) Bone bed (Knochentrümmer) Kieselige Sedimente Kieselkalk (vorw. Aus Schwamm- nadeln Radiolarite (aus Radiolarien) Kieselgur (aus Diatomeen)

Kaustobiolithe Torf/Kohle (vorw. aus Pflanzen) Ölschiefer (vorw. aus Plankton) Erdöl, Erdgas (vorw. aus Plankton)

Tab. 6.3 Gliederung der chemischen und biogenen Sedimentgesteine

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 6.5 6.5 Bautechnisch bedeutende Sedimentgesteine

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Tab. 6.4 Bautechnisch bedeutende Sedimentgesteine

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 6.6 6.6 Übungsaufgaben (siehe auch Kap. 3.7) Ü 6.1 (a) Woraus besteht Mergel? (b) Was ist ein Schluff, was ist ein Sand? Ü 6.2 (a) Was ist Diagenese, wodurch unterscheidet sich die Diagenese von einer

Metamorphose? Ü 6.3 (a) Welche Bindemittel halten die festen Sedimentgesteine zusammen? (b) Wie anfällig sind diese Bindungen gegen Wasser? Ü 6.4 Wie unterscheidet man eine Brekzie von einem Konglomerat nach Struktur und Bildungsbedingungen? Ergänzende Stichworte zu Kap. 6 Boden: Anhäufung (Sedimente) von Gesteinspartikeln (Körner) verschiedener Größe und Beschaffenheit ohne chemische Kornbindung (Verkittung). Unterteilung: bindige Böden und rollige Böden Evaporite: chemische Sedimente: Gruppe der Salzgesteine. Salzlagerstättenbildung durch Eindampfung von Wasser in isolierten Buchten, Neben- oder Binnenmeeren Kalksinter: poröser, sehr lockerer Kalkstein, der sich um Pflanzenreste herum abgesetzt hat (z.B. Travertin) Kies: klastisches Lockergestein mit Korngrößen von 2 - 200 mm klastisch: Bezeichnung für Sedimente, die aus Bruchstücken anderer Gesteine gebildet sind (z.B. Gerölle, Gesteinsschutt) Konkordanz: ungestörte, parallel übereinander gelagerte Schichtung von Gesteinen. Gegensatz: Diskordanz Konkretion: knollenförmige Mineralanreicherungen in Sedimentgesteinen, die ganz vom Nebengestein eingeschlossen sind (z.B. Feuerstein, Drusen) Lehm: stark mit Sand vermischter, meist kalkarmer Ton; wegen des Eisenoxydgehaltes oft gelblichbraun bis braun gefärbt Letten: grauer, oft sandiger Ton mit geringem Kalkgehalt, der Spalten und Klüfte füllt marin: im Meer entstanden; z.B. Sedimente wie Evaporite, Muschelkalk, Kreide Mergel: Kalksteine mit hohen Tongehalten, die nur wenig verfestigt sind Sand: klastisches Lockergestein aus überwiegend Quarzkörnern mit Korngrößen von 0.02 - 2 mm; weitere Einteilung in Fein- Mittel- und Grobsand

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 6.7 Schichtung: Typisches Gefügemerkmal der Sedimentgesteine; sie entsteht durch unterschiedliche Ablagerungsbedingungen und bewirkt unterschiedliche Festigkeits-eigenschaften, Farben usw. der einzelnen Schichten Schluff: Lockergestein mit Korngrößen von 2 - 60 µm Sedimentgesteine: fein- bis grobkörnige Verwitterungssprodukte, die z.B. durch Wasser, Gletscher oder Wind transportiert und danach wieder abgesetzt worden sind. Sie können locker (z.B. Sand, Kies) oder fest (z.B. Kalkstein, Sandstein) sein. Sie sind oft geschichtet und können Überreste von Tieren und Pflanzen (Fossilien) enthalten Sieblinie: Logarithmische Auftragung des Siebdurchganges über dem Korndurchmesser; sie charakterisiert den Kornaufbau eines Bodens terrestrisch: auf dem Festland entstanden; z.B. Dünen oder Bergsturzmassen Ton: klastisches Lockergestein mit Korngrößen < 2 µm, bei Wasseraufnahme quellfähig Toneisenstein: Konkretionen von Eisenoxyden in Tongesteinen Tonschiefer: durch Druck verfestigter und geschieferter Ton. Schieferton ist weniger verfestigt. Zement: meist kristallines Bindemittel zwischen den Sedimentkörnern aus Calcit (CaCO3), Quarz (SiO2) oder Eisenoxyden (Fe2O3)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 6.8

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.1 7. ENTSTEHUNG UND KLASSIFIKATION VON LOCKER- UND

FESTGESTEINEN Die Sedimentgesteine sind Produkte von Verwitterung, Abtragung, Transport und Se-dimentation, deren Ursache die exogene Dynamik der Erde mit Sonne, Wind und Was-ser ist. 7.1 Klima als Motor der Gesteinsbildung - exogene Dynamik: Thermodynamik der Atmosphäre (Hoch- und Tiefdruckzonen) Hydrodynamik der Ozeane (globale Meeresströmungen) - Wind, Niederschläge, Wasserkreislauf: humides, semi-arides, arides Klima (erdgeschichtlich veränderlich)

Abb. 7.1: Schema der Windzirkulation und Niederschlagsverteilung auf der Erde

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.2

Abb. 7.2: Faktoren der Verwitterung und Bodenbildung in einem Profil

vom Pol zum Äquator 7.2 Verwitterung 7.2.1 Physikalische Verwitterung - Temperaturänderungen, Frostverwitterung - Salzsprengung, Umkristallisation, Quellung

Abb. 7.3: Physikalische Verwitterung: Abhängigkeit der Böschungsneigung von der Gesteinsart

(Press & Siever, 1995)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.3

Abb. 7.4: Physikalische Verwitterung a. unverwitterter Kluftkörper b. kantengerundeter Kluftkörper c. gerundeter Block in Ursprungslage d. abgestürzter Block e. in Verwitterungsschutt eingebetteter Block f. Geröll g. Verwitterungsschutt -> Bodenbildung 7.2.2 Chemische Verwitterung - Lösung, Oxidation, Hydrolyse, Kohlensäureverwitterung

Abb. 7.5: Auslaugung eines Salzstockes mit Einsturztrichter des Deckgebirges

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.4

Abb. 7.6: Karst-Erscheinungen 1. Karstquelle 5. Spaltenhöhle 2. Flussversickerung 6. Erdfälle (Dolinen) 3. unterirdischer Fluss 7. Überdeckung 4. Tropfsteinhöhle 8. verstürzte Karsthohlräume 7.2.3 Biogene Verwitterung Gesteinsauflockerung durch Organismen und Pflanzen: Fäulnis, Zersetzung 7.2.4 Verwitterungsprodukte (Lockergesteine, Hangschutt, Humus, Torf) Feste Gesteine haben i.a. ein massives, festes Gefüge und erfahren unter Wasser-einfluß kurzzeitig weder chemisch noch physikalisch eine Veränderung. Sie zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus: - relativ hohe Kohäsion - meist fester Raumgitterbau der Minerale - geringere Wasserlöslichkeit als Kalk - längerfristige Volumenbeständigkeit gegenüber klimatischen Einflüssen Exogene oder endogene Prozesse können aus ursprünglich festen Gesteinen veränder-lich-feste Gesteine erzeugen: - Verwitterung unter Bildung sekundärer Mineralien, z.B. Kaolinisierung von Feldspäten - Freilegung von wasser- und luftunbeständigen Gesteinseinschlüssen - zerstörerische tektonische Einwirkung auf das Gesteinsgefüge (z.B. Mylonitisie-

rung) - Veränderliche Gesteine verlieren an Festigkeit durch Berührung, Zersetzung und Lösung mit Wasser

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.5 Zu den Lockergesteinen zählen die nichtbindigen Sedimentgesteine (z.B. Blockschutt, Geröll, Kies, Sand), die sich durch geringe oder fehlende Kohäsion und relativ hohe Porositäten (>25%) auszeichnen, sowie die bindigen Lockergesteine (Ton, Löß).

Bezeichnung Merkmal Gestein Merkmal Gebirge unverwittert Unverwittert, frisch, kein Ver-

witterungseinfluss erkennbar Keine verwitterungsbedingte Auflockerung an Trennflächen

angewittert Auf frischer Bruchfläche Ver-witterung von einzelnen Mine-ralkörnern erkennbar (Lupe), beginnende Mineralumbildung und Verfärbung

Teilweise Auflockerung an Trennflächen

entfestigt Durch Verwitterungsvorgänge gelockertes, jedoch noch im Verband befindliches Mineral-gefüge, meist in Verbindung mit Mineralumbildung, insbe-sondere mit und an Trennflä-chen

Vollständige Auflockerung an Trennflächen

zersetzt Noch im Gesteinsverband befindliches, durch Mineral-neubildung verändertes Ge-stein ohne Festgesteinsei-genschaften (z.B. Umwand-lung von Feldspäten zu Ton-mineralien, von Tonschiefer zu Ton)

Kluftkörper ohne Festge-steinseigenschaften

Abb. 7.7: Bodenbildung durch Verwitterung von Festgestein Beschreibung des Verwitterungsgrades von Fels

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.6 7.3 Erosion, Transport, Sedimentation 7.3.1 Erosion (Abtragung) - Schwerkraft, Gletscher, Wasser

Abb. 7.8: Entwicklung eines alpinen Gletschertals a. Vergletscherung Trogtal b. Trogtal mit seitlichen Hängetälern nach Gletscherschmelze c. teilweise Auffüllung des Trogtales durch alluviale Sedimente

Abb. 7.9: Erosion und Sedimentation durch einen Fluss auf dem Festland a. Oberlauf: V-Tal mit Schichtrippen b. Mittellauf: Sohlental mit Mäander c. Unterlauf: Auental mit Mäander

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.7

Abb. 7.10: Schema eines Flussmäanders mit Prall- und Gleithängen 7.3.2 Transport - Gletscher, Wasser, Wind - Teilchengröße und Strömungsgeschwindigkeit - Moränen, Oberflächenwasser, Karstwasser

Abb. 7.11: Frachtvermögen des fließenden Wassers als Funktion von Korngröße und Strömungsgeschwindigkeit (Hjulström-Diagramm)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.8 Wasser Eis Wind Bewegung rasch, laminar – tur-

bulent langsame, zähe Fließbewegung

stoßweise wehend, unregelmäßig, flä-chenhaft arbeitend

Transport rollend, Größe je nach Wasser-geschwindigkeit, Auslese nach Härte und Gestalt

schiebend, keine Auslese nach Härte und Korngröße

feiner Staub kann über riesige Entfer-nungen verfrachtet werden

Typische Sedimente

Kies, runde Kompo-nenten, stark sor-tiert, Sand, Schräg-schichtung

Moräne, unsortiert, feine und grobe Korngrößen neben-einander, locker, geschrammte Ge-schiebe, Fehlen der Schichtung

Flugsand, Löß, Verbreitung bedeu-tend, bestimmte Korngrößen (60-70 Gew.-% aus Korn-größenbereich 0,1- 0,02 mm)

Formen in der Landschaft

Rinnen, Canyons, V-Täler, Schwemm-landschaft, Terras-sen, Deltas

Rundhöcker, ältere Formen abgeschlif-fen und überprägt, U-Täler, Moränen-hügel, Toteisdellen

Unzahl von Klein-formen in der Wüste durch Ausblasung und Ausschleifen, Dünen, Lößdecken

Tab. 7.1: Transportmittel bei der Verwitterung 7.3.3 Sedimentation (Ablagerung) - Sortierung, Kumulation - Schichtung

Abb. 7.12: Längsschnitt durch einen Flussdeltakegel: Schrägschichtung Abnahme der Korngröße mit zunehmendem Transportweg

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.9

Abb. 7.13: Sedimentäre Abschnitte des Gesteinskreislaufs (Press & Siever, 2003)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.10 7.4 Ansprache von Locker und Festgesteinen 7.4.1. Unterteilung von Locker- und Festgesteinen Definition: Festgesteine weisen atomare Bindungskräfte zwischen den einzelnen

Kristall- und Materialkörnern auf (echte Kohäsion). Festgestein wird auch als Fels bezeichnet.

Lockergesteine besitzen keine echte Kohäsion. Treten intergranulare Bindungskräfte auf, beruhen sie auf Bindungskräften des Wassers (kapil-lare Kohäsion). Lockergestein wird auch als Boden bezeichnet.

Veränderliche, pseudofeste Gesteine sind Gesteine, deren atomare Bindungskräfte so schwach sind, dass sie bei 24-stündiger Wasserlage-rung mehr als 20% ihrer Masse durch Zerfall verlieren.

Fest-gesteine

Magmatische Gesteine

Verfestigte Sedimente

Tiefengesteineoder

Plutonite

Ganggesteineoder

Subvulkanite

Trümmer-gesteine

Chemische Sedimente

OrganischeAblagerungen

GraniteSyeniteDiorite

Gabbros

LamprophyreAplite

BrekzienKonglomerateGrauwacken

Sand- u. Tonst.

KalkeDolomite

Mergel, Salz,Gips, Anhydrit

Braun- und Stein-kohlen, Anthrazite

StinkkalkeÖlschiefer

Ergussgesteineoder

Vulkanite

BasalteRhyolitheAndesite

Fest-gesteine

Magmatische Gesteine

Verfestigte Sedimente

Tiefengesteineoder

Plutonite

Ganggesteineoder

Subvulkanite

Trümmer-gesteine

Chemische Sedimente

OrganischeAblagerungen

GraniteSyeniteDiorite

Gabbros

LamprophyreAplite

BrekzienKonglomerateGrauwacken

Sand- u. Tonst.

KalkeDolomite

Mergel, Salz,Gips, Anhydrit

Braun- und Stein-kohlen, Anthrazite

StinkkalkeÖlschiefer

Ergussgesteineoder

Vulkanite

BasalteRhyolitheAndesite

Metamorphe GesteineGneise, Schiefer, Phylite, Serpentinite, Quarzite, Marmor

Metamorphe GesteineGneise, Schiefer, Phylite, Serpentinite, Quarzite, Marmor

Abb. 7.14: Untergliederung der Festgesteine

Locker-gesteine

MineralischeAblagerungen

OrganischeAblagerungen

nicht bindig schwachbindig

Humus-böden

Faulschlamm-haltige

Ablagerungen

SteineKieseSande

Schluffetonige, lehmige oder mergelige

Sande

gemengte:anmoorigeSande und

Lehme

Muddenfaulschllamm-haltige Sande

und Tone

starkbindig

ToneLehmeMergel

reine:MooreTorfe

Locker-gesteine

MineralischeAblagerungen

OrganischeAblagerungen

nicht bindig schwachbindig

Humus-böden

Faulschlamm-haltige

Ablagerungen

SteineKieseSande

Schluffetonige, lehmige oder mergelige

Sande

gemengte:anmoorigeSande und

Lehme

Muddenfaulschllamm-haltige Sande

und Tone

starkbindig

ToneLehmeMergel

reine:MooreTorfe

Abb. 7.15: Untergliederung der Lockergesteine

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.11

7.4.2. Benennung und Beschreibung von Bodenarten Lockergesteine werden nach ihrer Körngröße eingeteilt und benannt.

Benennung Kurz- zeichen

Korn-Ø [mm] Erkennung

Fels, allge-mein Z - kompakte Kluftkörper im Verband

Blöcke Y - einzelne kompakte Kluftkörper nicht im Verband (größer Kopfgröße)

Steine X > 60 einzelne kompakte Kluftkörper nicht im Verband (größer Hühnerei)

Kies G 2 – 60 kleiner Hühnerei, größer Streichholzkopf

Sand S 0,06 – 2 kleiner Streichholzkopf bis Grenze der Sichtbarkeit

Schluff U 0,02 – 0,06 niedrige Trockenfestigkeit

Ton T < 0,02 hohe Trockenfestigkeit

Tab. 7.2: Benennen und Beschreiben von Bodenarten nach DIN 4022 Die in Tab. 7.2 genannten Bodenarten Kies, Sand, Schluff und Ton kommen in der Na-tur nur selten ohne Beimengungen vor. Man spricht dann von gemischtkörnigen Bö-den.

Attribute der Benennung Kurzzeichen

Haupt-Bodenart G, S, U, T

Beimengungen g, s, u, t

Attribut "grob" gG, gS, gU

Attribut "mittel" mG, mS, mU

Attribut "fein" fG, fS, fU

Nebenanteil "schwach" < 15% g´, s´, u´, t´

Nebenanteil "stark" > 30% t,u ,s ,g

Tab. 7.3: Attribute der Benennung von gemischtkörnigen Bodenarten nach DIN 4022

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.12

Tab. 7.4: Kurzformen, Zeichen, und Farbkennzeichnungen für Bodenarten nach

DIN ISO 14688-1

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.13

Tab. 7.5: Beispiele von Kurzformen, Zeichen, und Farbkennzeichnungen für gemischt-

körnige Boden- und Felsarten nach DIN ISO 14688-1

Abb. 7.16: Beispiel für die Darstellung von Bohrprofilen (E DIN 4023:2004-09)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.14

Boden Benennung Kurzzeichen Zeichen

A

B

C

D

E

F

Abb. 7.17: Übung zur Benennung von Bodenarten 7.4.3 Benennung und Beschreibung von Felsarten - Ansprache von klastischen Sedimentgesteinen Klastische Sedimentgesteine (Trümmergesteine) werden nach ihrer Bodenart ange-sprochen, aus der sie durch Verfestigung entstanden sind: aus Ton wird Tonstein (Tst) aus Schluff wird Schluffstein (Ust) aus Sand wird Sandstein (Sst) aus Kies wird Konglomerat (Gst)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.15 Wie bei den Bodenarten kommen auch bei den Sedimentgesteinen in der Natur Ge-menge verschiedener Korngrößengruppen vor. Weiterhin ist bei allen Festgesteinen der Verwitterungszustand von großer bautechnischer Bedeutung. Tabelle 7.6 zeigt die Att-ribute der Benennung des Verwitterungszustandes mit jeweiligen Kurzzeichen

Attribute der Benennung Kurzzeichen

Felsarten Gst, Sst, Ust, Tst

leichte Verwitterung (Gst),( Sst), (Ust), (Tst)

starke Verwitterung ((Gst)),(( Sst)), ((Ust)), ((Tst))

völlige Zersetzung Kurzzeichen für Bodenarten

nicht bekannte oder nicht benannte Fels-art Z

bedeutungsvolle und bekannte Felsart Kst, Mst, Ma (siehe Tab 3, DIN 4023)

Tab. 7.6: Attribute der Benennung von klastischen Sedimenten nach DIN 4022 - Ansprache von Magmatiten, Metamorphiten und nicht klastischen Sedimenten Die Ansprache von Magmatiten, Metamorphiten und nicht klastischen Sedimenten ist in den Kapiteln 4 bis 6 dargestellt und erfordert z. T. aufwändige geologische und minera-logische Untersuchungen. - Trennflächengefüge im Fels Die bautechnischen Eigenschaften von Festgesteinen werden maßgeblich vom vorhan-denen Trennflächengefüge (Schicht-, Schieferungs- und Kluftflächen) mitbestimmt. Gestein - Gebirge Definitionen: Gestein ist charakterisiert durch seine Mineralvergesellschaftung. Gebirge ist die Erscheinungsform des Gesteins in der Natur, gekennzeichnet durch die Mineralvergesellschaftung und das Trennflächengefüge. Gesteinsfestigkeit = Substanzfestigkeit Gebirgsfestigkeit = Verbandsfestigkeit

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.16

Abb. 7.18: Räumliche Darstellung eines mehrscharig durchtrennten Felskörpers

Abb. 7.19: Typen von Kluftkörperver-bänden a) → d): Zunahme der Materialbrücken

Abb. 7.20: Schematische Klassifizierung einer Gesteinsmasse nach dem Grad seiner

Zerlegung (nach L. Müller)

a) Einkörpersystem (nicht geklüftet) c) Vielkörpersystem (durchklüftet) b) Mehrkörpersystem (angeklüftet) d) Vielkörpersystem des Locker-

gesteins - Ebener Kluftflächenanteil κe

ges

ke F

F=κ

Abb. 7.21: Ebener Kluftflächenanteil κe Darstellung an drei orthogonalen Kluftscharen (K1, K2, K3)

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.17 Prinzipieller Zusammenhang zwischen Klüftung und Gebirgsfestigkeit (nach L. Müller)

Abb. 7.22: Abhängigkeit der Gebirgsfestigkeit vom ebenen Kluftflächenanteil und von der Klüftigkeit

Abb. 7.23: Abhängigkeit der Gebirgsfestigkeit von der Klüftigkeit und der Verwitterung - Homogenität – Inhomogenität und Isotropie - Anisotropie Homogenität Ein Körper ist in einem Betrachtungsbereich homogen, wenn seine Eigenschaften orts-unabhängig sind. Repräsentative Teilbereiche sind beliebig austauschbar, ohne das Gesamtgefüge statistisch zu verändern.

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.18 Isotropie Ein Körper ist in einem Betrachtungsbereich isotrop, wenn die betrachtete physikali-sche Eigenschaft in jedem Punkt richtungsunabhängig ist. Betrachtungsbereich

Abb. 7.24: Betrachtungsbereich

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.19

a)

b)

c)

Abb. 7.25: Homogenität - Inhomogenität und Isotropie – Anisotropie (nach Wittke, 1984)

a) homogen und isotrop, d. h. gleichmäßig und richtungslos (z. B. Porphyr) b) homogen und flächig anisotrop, d. h. gleichmäßig und richtungsabhängig (z. B. Gneis) c) homogen und linear anisotrop, , d. h. gleichmäßig und richtungsabhängig (z. B. Säulenbasalt)

7.5 Übungsaufgaben Ü 7.1 Welche Hauptursachen der Verwitterung kennen Sie? Ü 7.2 Beschreiben Sie die verschiedenen Arten der chemischen Verwitterung,

wie wirken sich diese Vorgänge auf den Baugrund aus (Stichwort: Karst)? Aus welchen Regionen Deutschlands sind entsprechende Baugrund-probleme bekannt?

Ü 7.3 Wodurch unterscheiden sich Locker- von Festgesteinen? Ü 7.4 In welche Kornfraktionen werden die klastischen Sedimente Kies, Sand, Schluff und Ton untergliedert? Ü 7.5 Welches sind die Hauptursachen für Talbildungen? Ü 7.6 Nennen Sie verschiedene Transportmittel der Abtragung und deren typische Sedimentarten. Wie unterscheiden sich die Sedimente

hinsichtlich Kornform, Korngröße und Sortierung? Ü 7.7 (a) Wie sind fluviatile Talform, Schleppkraft und transportierte

Korngröße miteinander verknüpft? (b) Was sind Mäander, wie entstehen Altwasserarme und Umlaufberge?

Ü 7.8 Wodurch unterscheiden sich fluviatile Sedimente von glaziogenen in den baugeologischen Eigenschaften? Ü 7.9 Was sind (a) Geschiebemergel und (b) erratische Blöcke? (c) Welche geotechnischen Probleme können sie bereiten? Ü 7.10 Was versteht man unter einem aggressivem Wasser?

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.20 Ü 7.11 Nennen Sie chemische Sedimentgesteine, die im Grundwasser (a) leicht löslich, (b) schwer löslich sind. Ü 7.12 Warum eignet sich Marmor als Ornamentenstein besser als Kalkstein? Ü 7.13 Welche Lockergesteine sind als Baugrund (a) gut, (b) schlechter geeignet? Warum? Ü 7.14 Beim Neubau einer Autobahn wurde ein Tunnel in veränderlich-festem Schiefergestein aufgefahren. Da sich das Gebirge beim Sprengvortrieb als standfest erwies, beschloss man, das Aushubmaterial für eine Damm- schüttung in der Fortsetzung der Fahrbahntrasse zu verwenden. Diese zeigte sich in der Folgezeit als nicht tragfähig. Wie lässt sich das erklären? Ü 7.15: Was ist der Unterschied zwischen Gestein und Gebirge? Ü 7.16: Benennen Sie die in den Kornverteilungslinien in Abb. 7.16 dargestellten

Bodenarten! Ü 7.17: Was versteht man unter bindigen und nicht-bindigen Böden? Ü 7.18: Welche Faktoren bestimmen maßgeblich die Festigkeit von geklüftetem

Fels? Ergänzende Stichworte zu Kap. 7 Abrasion: Abtragung von Meeresküsten durch Brandung und Sturmfluten (Kliffbildung) äolisch: vom Wind verursacht (z.B. Löß, Dünen mit Luv- und Leeseite) arid: wüstenhaft (z.B. heißes, trockenes Klima); Gegenteil: humid Blockwerk: Ansammlung von Gesteinsbruchstücken in Größen bis zu mehreren Me-tern Boden: Anhäufung (Sedimente) von Gesteinspartikeln (Körner) verschiedener Größe und Beschaffenheit ohne chemische Kornbindung (Verkittung). Unterteilung: bindige Böden und rollige Böden

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.21 Canyon (Cañon): steilwandiges, tief eingeschnittenes, nach unten schluchtartig vereng-tes Flusstal; es bildet sich vor allem dort, wo reißende Flüsse aus regenreichen Gebir-gen ein Trockengebiet durchfließen (z. B. Grand Canyon des Colorado River) Delta: Mündungsgebiet eines Flusses mit einem Netz von Flussarmen, das sich durch fortwährende Ablagerung von Sedimentschichten in das Meer oder in einen See hinein erweitert (z.B. Rhein-, Donau-, Nil-, Ganges-, Mississippi-, Amazonas-Delta) Doline: Auslaugungshohlraum oder Einsturztrichter in Karstgebieten endogene und exogene Dynamik: Die endogenen Energien, die zur Umgestaltung der Erde und ihrer Gesteine führen, stammen aus dem Inneren der Erde. Dagegen haben die exogenen, auf die Erde einwirkenden Energien einen kosmischen Ursprung: Klima, Wetter und Gesteinsverwitterung werden vorrangig von der Sonne gesteuert. Erosion: Abtragung und Einebnung der Erdoberfläche durch Verwitterung und Ab-transport des Gesteins: fluviatile E., marine E., glaziale E., äolische E., anthropogene E. fluviatil: mit einem Fluss zusammenhängend, z.B. fluviatile Erosion; fluvio-glazial: mit Gletscherwasser zusammenhängend, z.B. fluvio-glaziale Sedimente Fjord: Tief in das Land eingreifender Meeresarm, entstanden aus ehemaligem Flusstal, das während der Eiszeiten von Gletschern zu einem Trogtal umgestaltet worden ist Geest: Langwellige, eiszeitlich geprägte Aufschüttungslandschaft aus trockenen Sand-böden mit Heide, feuchten Wiesen und Mooren (z.B. Norddeutschland) Geröll: durch fluviatilen oder marinen Transport gerundete klastische Sedimente: z.B. Fluss-Schotter, eiszeitliche Geschiebe mit erratischen Blöcken (Findlinge) glazial: eiszeitlich; z.B. glaziale Erosion, glaziale Landschaft (Moränen mit Findlingen) Gletscher: der Schwerkraft folgende, plastisch fließende, von Längs- und Querspalten durchzogene Eisströme in Hochgebirgen und Polargebieten humid (=feucht): im humiden Klima überwiegen die Niederschläge die Verdunstung; dort gibt es starke chemische Verwitterung und dauerhaft wasserführende Flüsse. Korngrenze: Grenze zwischen den einzelnen miteinander verwachsenen Mineralkör-nern; wegen der relativ geringeren Festigkeit setzt von dort her i.a. die Verwitterung ein. Lehm: stark mit Sand vermischter, meist kalkarmer Ton; wegen des Eisenoxydgehaltes oft gelblichbraun bis braun gefärbt Letten: grauer, oft sandiger Ton mit geringem Kalkgehalt, der Spalten und Klüfte füllt Löß: eiszeitlich-äolische Sedimente von ca. 10-50 µm feinen Quarz- und Tonpartikeln mit relativ hohen Kalkgehalten (8-20%); gelbgrau, porös; sie bilden fruchtbare und i.a. standfeste Böden Mäander: geschlängelte, halb- bis fast vollkreisförmige Windungen eines Flusses mit geringem Gefälle

Arbeitsblätter zum Kurs "GEOLOGIE IM BAUWESEN" Seite 7.22 Marsch: aus Sand und Ton bestehende Anschwemmungen an flachen Gezeitenküsten; fruchtbare, schwierig bebaubare, weiche Böden (z.B. Niederelbe, holländische Nord-seeküste) Moräne: von Gletschern transportierter und abgelagerter Schutt aus Sanden, Lehmen, Schotter und Gesteinsblöcken (Findlingen); unter dem Eis bildet sich die Grundmoräne, an den Rändern jeweils die Seitenmoräne und an der Spitze die Endmoräne. Oberlauf/Unterlauf: Der Oberlauf eines Flusses ist wegen des relativ großen Gefälles vorwiegend von Erosion geprägt; mit wachsendem Transportweg und abnehmender Strömungsgeschwindigkeit werden die Korndurchmesser der Ablagerungen gegen den Unterlauf hin zunehmend feiner (vgl. Hjulström-Diagramm) Schichtstufenlandschaft: Durch Erosion geprägte Landschaft mit Wechsel von steilen, Gebirgsstufen und sanft geneigten Hängen (z.B. Schwäbische Alb) Schlucht: durch Tiefenerosion entstandene Talform mit fast senkrecht fallenden Hän-gen Schuttkegel: kegelförmig aufgeschüttete klastische Sedimente, z.B. in Flussdeltas Tafelberg: durch fluviatile Erosion entstehende Bergform mit horizontaler Oberfläche Trogtal (U-Tal): von Gletscherstrom umgeformtes ursprüngliches Flusstal (V-Tal) Urstromtal: durch Schmelzwässer der eiszeitlichen Gletscher erzeugtes breites, fla-ches Tal mit Sand- und Schotterablagerungen (z.B. Elbe, Oder, Donau, Po) veränderlich feste Gesteine: verändern unter Wassereinfluß deutlich ihre Festigkeits-eigenschaften in relativ kurzer Zeit Vergrusung: Mechanische Zerstörung des Gesteins durch Lockerung der Korngren-zen. Dabei entsteht der Gesteingsgrus als lockere Anhäufung eckiger Gesteinspartikel (z.B. Granitgrus) Verwitterung: An der Erdoberfläche durch exogene Kräfte (Sonneneinstrahlung, Frost, Wasser und Gase der Atmosphäre) verursachte Zerstörung und Umwandlung von Mi-neralien und Gesteinen - physikalisch-mechanisch: Temperatur-V. (Insolation), Frost-V., Salz-V. - chemisch: durch Wasser, Salze, Säuren, Basen, CO2, O2 usw. - biologisch: biologisch-physikalisch (z.B. mechanisch durch Pflanzenwurzeln) biologisch-chemisch: (z.B. Ätzung durch Humussäuren) Die Verwitterung ist der wichtigste bodenbildende Vorgang. Sie liefert auch das Aus-gangsmaterial für die Sedimentgesteine und gestaltet die Morphologie der Landschaft.