DER BRENNER-BASISTUNNEL BIS 1.7 KM TIEFE

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1 DER BRENNER-BASISTUNNEL BIS 1.7 KM TIEFE Planung und Übersicht Zur Planung des Brenner-Basistunnels lief eine mehrjährige geologische Erkundung mit einer möglichst detaillierten Aufnahme der Gesteinsformationen und Strukturen an der Oberfläche ergänzt durch ein umfangreiches Bohrprogramm. Der Brenner-Basistunnel verläuft in der geologisch komplex gebauten Übergangszone zwischen Nordund Südalpen. Er durchquert dabei alle tektonischen Großeinheiten der Alpen (Südalpin, Ostalpin, Penninikum, Südpenninikum) und erreicht auch tiefste Krustengesteine. Erstellung geologischer Basiskarten Tektonische Übersichtskarte des Brenner-Basistunnel-Projektraums. Übersicht über die wichtigsten geologisch-tektonischen Einheiten und Großstörungen entlang dem Brenner- Basistunnel. Bohrungen erlauben einen ersten Blick in die Tiefe Bohrung Venn1 im hinteren Venntal Bohrkernfotos der Bohrung Pfons1. Dieser Abschnitt durchstößt den Nordrand des Tauernfensters. Teufe m Bohrpofil (links) und Strukturlog (rechts) zu dem im Foto links abgebildeten Abschnitt der Bohrung Pfons1: Das Bohr-profil ergibt sich aus der Auswertung des Bohrkerns - der Strukturlog ist Teil der geophysikalischen Untersuchungen im Bohrloch. Größerer Tiefen Die Kombination von Oberflächengeologie mit geophysikalischen Methoden erlaubt es, die Erde im plattentektonischen Maßstab bis in mehrere 100km Tiefe zu dokumentieren. Während mit Methoden der Reflexions- und Refraktionsseismik insbesondere die Grenze Kruste/Mantel sehr gut belegbar ist, ist die gesamte Lithosphärengeometrie nur mit der teleseismischen Tomographie abbildbar. Institut für Geologie und Paläontologie Ansprechpartner: Rainer.Brandner@uibk.ac.at

2 NATÜRLICHE PROBEN AUS DEM ERDMANTEL KM Schalenbau der Erde Atmosphäre Kruste Oberer Mantel Unterer Mantel Äußerer Kern Innerer Kern 0-7/70 km 7/ km km km km Der uns direkt zugängliche Teil der Erde, die Erdkruste, ist wie die Schale eines Apfels nur eine hauchdünne Schicht. Proben aus dem Erdmantel Gesteinsproben aus dem Erdmantel sind selten und stammen meist aus einer Tiefe bis etwa 200km Tiefe. Indikatorminerale für die extremen Druck- und Temperaturbedinungen in dieser Tiefe (UHMP: Ultrahochdruckmetamorphose) sind Mikrodiamant und die Hochdruckform von SiO 2 : Coestit. Nur sehr selten gibt es Diamanten die aus dem unteren Erdmantel, und somit aus mehr als 670 km Tiefe stammen. Coesit mit randlichen Palisadenquarz und einem Klinopyroxen Einschluss Roter Granat Einschluß in einem normalen Diamanten aus der untersten Lithosphäre UHPM Mikrodiamant Ferro-Periklas Calcium-Phosphat Magnesium-Perovskit UHPM Mikrodiamant Calcium-Perovskit Künstlich hergestelltes Gestein (bzw. seine Mineralbestandteile) wie es in ca. 750 km Tiefe im Erdinneren (250kbar, 1500 C) typischerweise zu finden ist. Institut für Mineralogie und Petrographie Ansprechpartner: Jürgen.Konzett@uibk.ac.at Roland.Stalder@uibk.ac.at

3 DIAMANTEN: FENSTER INS ERDINNERE BIS ZUM ERDMITTELPUNKT: 6371 KM Druck im Erdinneren Druck in kbar 0,001 1 bar Atmosphärendruck 0,002 2 bar Druck im Autoreifen 0,2 0,3 Druck in Presslufttauchflasche 1,1 Druck am Tiefseeboden am tiefsten Punkt der Erde 4 12 km Tiefe: tiefste technische Bohrung km Tiefe: Grenze Erdkruste Oberer Erdmantel 50 Beginn Graphit-Diamant-Umwandlung ab 150 km Tiefe km Tiefe: Grenze Oberer Mantel Übergangszone km Tiefe: Grenze Übergangszone Unterer Mantel km Tiefe: Grenze Erdmantel Erdkern km Tiefe: Erdezentrum Bei einem Erdradius von 6371km ist die tiefste Bohrung mit 12 km Tiefe nur ein Kratzen an der Oberfläche. Der Druck in dieser Tiefe ist 4 kbar, das entspricht dem Druck an der Spitze eines Balletschuhs, wenn ein ausgewachsener afrikanischer Elephant auf einem Bein darin balancieren würde. 4kbar Diamantstempelzelle Mit der Diamantstempelzelle kann man Minerale Druck- und Temperaturbedingungen wie im Erdinneren aussetzten und gleichzeitig unter diesen Bedingungen untersuchen. In der Diamantstempelzelle wird eine Probe zwischen 2 Diamantspitzen unter Druck gesetzt. Diamant hat 2 wesentliche Vorteile gegenüber allen anderen Materialien: 1) Diamant ist das härteste bekannte natürliche Material und hält enorme Drucke aus. 2) Man kann die unter Druck stehende Probe durch den Diamant hindurch sehen und mit UV und IR-Strahlen (Spektroskopie) und Röntgenstrahlen (Diffraktometrie) untersuchen. Phasenumwandlungen Olivin wandelt sich in der Übergangszone zwischen 410 und 670 km Tiefe zuerst in Wadsleyite und dann weiter in eine Spinellphase um. Da bei Druckentlastung eine Rückumwandlung erfolgt können die Hochdruckphasen nur in der Diamantstempelzelle in-situ untersucht werden. Die so festgestellte Volmenkontraktion beträgt 6% und erklärt in diesen Tiefen auftretende Beben, die nicht durch normales Brechen des Gesteins entstehen können, da sich Gestein in dieser Tiefe bereits zähflüssig verhält. Olivin (Mg,Fe) 2 SiO 4 Institut für Mineralogie und Petrographie AnsprechpartnerIn: Clivia.Hejny@uibk.ac.at

4 Trasse / tracciato: Lageplan BBT / planimetria BBT: Xref_Trasse_M25000.dwg ( ) Längenschnitt BBT / sezione longitudinale BBT: Oströhre_LS_10000_neu_ dwg ( ) Lage der Profilschnitte / posizione dei profili geologici: N.N s.l.m. BBT TUNNELNIVEAU / QUOTA GALLERIA BBT Tunnelkilometer / Progressiva Tektonische Haupteinheit / Unità tettoniche principali Tektonische Einheit / Unità tettoniche Tektonische Untereinheit / Sottounità tettoniche Quartäre Lockersedimente Quaternario: materiale sciolto Siehe Abschnitt ab km Vedi tratto da km Quartäre Lockersedimente, Innsbrucker Quarzphyllit Materiale sciolto quaternario, fillade quarzifera di Innsbruck OSTALPIN NÖRDLICH DES TAUERNFENSTERS / AUSTROALPINO A NORD DELLA FINESTRA DEI TAURI Unterostalpin / Austroalpino inferiore Innsbrucker Quarzphyllitzone / Zona della Fillade quarzifera di Innsbruck OSTALPIN NÖRDLICH DES TAUERNFENSTERS / AUSTROALPINO A NORD DELLA FINESTRA DEI TAURI Unterostalpin / Austroalpino inf. Innsbrucker Quarzphyllitzone / Zona della Fillade quarzifera di Innsbruck TAUERNFENSTER Penninikum / Pennidico Glockner Decke Ostalpin Unterostalpin IQP Viggartal Arztal Navistal Innsbruck Geometrie Geometria N-S laufenden Vertikalschnitt durch die Alpen im Bereich der Ostschweiz Gotthard-Basistunnel im Bauabschitt Sedrun

5 TAUERNFENSTER / FINESTRA DEI TAURI Glockner Decke (Obere Schieferhülle) / Falda del Glockner (Schieferhülle superiore) Untere Glockner Decke / Untere Schieferhülle inferiore Schieferhülle Falda del Glockner inferiore Glockner Decke / Falda del Glockner Untere Schieferhülle Glockner Decke / inferiore Falda del Glockner Untere Schieferhülle inferiore Zentralgneis und Altes Dach / Gneiss centrale e Basamento pregranitico Untere Schieferhülle Österreich Italien Navistal Padastertal Schmirntal Valstal Venntal Penninikum - Glocknerdecke / Pennidico - Falda del Glockner Helvetikum / u. elvetiche Penninikum Helv. / u. elv. Penninikum Helv. / u. elv. Penninikum Helvetikum / unità elvetiche (Tux-Großvenediger Deckensystem / Complesso del Tux - Gran Veneziano) Elemenstanalyse mit der Mikrosonde UHPM Coesit mit randlichem Palisadenquarz und radialen Expansionsstrukturen

6 Penninikum - Glocknerdecke / Pennidico - Falda del Glockner Glockner Decke (Obere Schieferhülle) / Falda del Glockner (Schieferhülle superiore) TAUERNFENSTER / FINESTRA DEI TAURI Tux-Großvenediger Deckensystem / Sistema tettonico Tux - Gran Veneziano Zentralgneis Untere Schieferhülle Gneiss Centrale Untere Schieferhülle Penninikum - Glocknerdecke / Pennidico - Falda del Glockner Glockner Decke (Obere Schieferhülle) / Falda del Glockner (Schieferhülle superiore) Ostalpin südl. Tauernfenster / Austroalpino a Sud Finestra dei Tauri Oberostalpin / Austroalpino superiore Altkristallin / Basamento cristallino Oligozäne Magmatite / Magmatismo oligocenico Maulser Lamelle / Lamella di Mules Maulser Tonalit / Tonalite di Mules Ostalpin südl. Tauernf. / Austroalpino a S Fin. dei Tauri Oberostalpin / Austroalpino superiore Phyllonitische Schiefer und Schwarzphyllite unsich. Stellung/ Scisti e filladi neri fillonitici, posizione incerta Oligozäne Magmatite / Magmatismo oligocenico Maulser Lamelle / Lamella di Mules Maulser Tonalit / Tonalite di Mules Südalpin / Alpi Meridionali Grundgebirge / Basamento cristallino Brixner Granit / Granito di Bressanone Pfitschtal Maulser Tal Franzensfeste Diamantstempelzelle Diamantstempelzelle Sprunghafte Volumenkonraktion bei Phasenumwandlung 425 Zellvolumen (Å) Druck (kbar) Diamantspitze mit Druck- und Temperatursensor Diamantspitze mit Probenkristall In-situ Untersuchung der Diamant- stempelzelle Quelle: Arlt T., Angel R.J. (2000) Min. Mag Spodumen (gelb) wandlet sich in die Hochdruckform (violett) um.

7 TIEFE ERDE Weiterführende Informationen zum Thema: Institut für Geologie der Unveristät Innsbruck Institut für Mineralogie und Petrographie der Universität Innsbruck Hier findet man folgenden Artikel aus der Jahreszeitschrift zur Alpengeologie des Instituts für Geologie, der die für den Brenner Basistunnel relevanten geologischen Erkenntnisse zusammenfasst. Rainer Brandner, Franz Reiter & Andreas Töchterle: Überblick zu den Ergebnissen der geologischen Vorerkundung für den Brenner-Basistunnel. Auf der homepage des Insituts für Mineralogie und Kristallographie der Universität Wien findet sich diese Liste aller Geo-relevanten Universitätsinstitue im deutschsprachigen Raum. Bayrisches Geoinstitut Besonder empfehlenswert ist das handliche Büchlein FROM CRUST TO CORE AND BACK, Geomaterials research at bayrisches Geoinstitut, das man unter Researsh als pdf herunterladen kann. Geophysical Laboratory, Carnegie Institution of Washington Der letzte Stand der Wissenschaft zum Thema Tiefe Erde, Geophysik und Experimente unter Extremen Bedingungen. Elements (An International Magazine of Mineralogy, Geochemistry and Petrology) Übersichtsartikel die den letzten Stand der Wissenschaft zum Thema Aufbau und Zusammensetzung der Erde sowie neusete Entwicklungen in der experimentellen Erforschung der Erde findet man in Volume 4 Number 3: Deep Earth and Mineral Physics Guest Editors: Jay D. Bass, John B. Parise 2 exzellente Bücher mit detailierten Beiträgen vom letzten Stand der Wissenschaft zum Thema Tiefe Erde aus der Reihe Reviews in Mineralogy and Geochemistry von der American Society of Mineralogy kann man auf deren homepage bestellen: Vol. 41 HIGH-TEMPERATURE AND HIGH-PRESSURE CRYSTAL CHEMISTRY (2000) Robert M. Hazen and Robert T. Downs, editors. Vol. 37 ULTRAHIGH PRESURE MINERALOGY: PHYSICS AND CHEMISTRY OF THE EARTH'S DEEP INTERIOR (1999) Russell J. Hemley, editor. Institut für Geologie und Paläontologie Institut für Mineralogie und Petrographie AnsprechpartnerIn: Rainer.Brandner@uibk.ac.at Clivia.Hejny@uibk.ac.at Jürgen.Konzett@uibk.ac.at Roland.Stalder@uibk.ac.at