Vorlesung Allgemeine Geologie. SS 2005 Mo, Di, Mi Uhr Prof. Dr. E. Wallbrecher Teil 17

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Marie Weiner
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1 Vorlesung Allgemeine Geologie SS 2005 Mo, Di, Mi Uhr Prof. Dr. E. Wallbrecher Teil 17

2 Die Strukturgeologie umfaßt: Deformation Transport von Lithosphärenteilen Rotation Der Bertachtungsbereich geht vom Kristallgitter bis bis zur Lithosphärenplatte Jedes Lithosphärenstück ist ist Kräften ausgesetzt, die die verschieben, verdrehen, deformieren. Ursachen global (z.b. Plattenbewegung) lokal (z.b. Bergstrurz)

3 Material reagiert mit Deformation oder Bruch Translation Rotation Deformation kann sein: vorübergehend: elastische Deformation permanent: viskoses Fließen plastische Deformation Bruch

4 Gefüge (Kristallgitter bis Lithosphärenmaßstab) Mylonit (Rodl-Störung) Kalkschiefer (Platania, Pilion) Wissenbacher Schiefer, Harz Anti-Atlas, Marokko

5 Gefügeelemente Gefügeelemente können sein: penetrativ nicht penetrativ

6 Kräfte: 1)Körperkräfte (z.b. Gravitation) 2)Flächenkräfte (z.b. Spannung)

7 Kräfte und Spannungen Kraft: r r F = m b Spannung: r = σ F r A

8 Deformationspfade 3 Ma 2 Ma 1 Ma Deformationspfad 0 Ma datierter Deformationspfad

9 Indikatoren (marker) für finite Deformation z.b. Fossilien z.b. Sediment- Strukturen t 0 Undeformierter Trilobit t 1 Deformierter Trilobit Undeformierter Oolith Deformierter Oolith

10 Gravitation und lithostatischer Druck H Gravitation: F = m g; g = 9.81 m/sec 2 F = ρ V g; ρ = spez. Gewicht, V= Volumen F = ρ H A g A lithostatischer Druck: σ lith = F/A = ρ g H

11 Flächenkräfte: 1) kompressiv F A 2) dehnend F A Wenn keine Translation oder Rotation erfolgen soll: A F AB B F BA F AB = - F BA

12 Zerlegung von Kräften: F = F n + F s F F n Normalkraft A F s Scherkraft Vorzeichen-Vereinbarung für Scherkräfte: Positiv: Sinistral Negativ: dextral

13 Zerlegung von Spannungen: Spannungsvektoren können genauso wie Kraftvektoren zerlegt werden: σ = σ n + σ s σ σ n Normalspannung A σ s Scherspannung Für Vorzeichen gilt das gleiche wie für Kräfte

14 Spannungszustand in einem Punkt Wir denken uns unendlich viele Flächen, die alle durch einen Punkt P gehen. Auf jede Fläche wirkt ein Spannungsvektor. A B σ 2AB σ 1ΑΒ A B Fläche 2 σ 1ΒΑ Spannungs-Ellipsoid σ 2BA Fläche1

15 Das Spannungs-Ellipsoid

16 Hauptnormalspannungen σ 3 σ 2 σ 1 Die Spannungen in in Richtung der Achsen des Ellipsoides werden als als Hauptnormal- Spannungen (principal stresses) bezeichnet. In In diesen Richtungen sind die die Scherspannungen null. σ 1 > σ 2 > σ 3

17 Umrechnungen 1 mbar = 10 2 Pa = 1 Hektopascal 1 bar = 10 5 Pa 1 kbar = 10 8 Pa = 100 Mpa 1 Mpa = 10 6 Pa = 10 bar 1 Gpa = 10 9 Pa = 10 kbar

18 Spannungsfelder und trajektorien 1 1.) reine Gravitation ohne tektonische Spannungen: W σ zz σ yy 3 1km Granit E Koordinaten: x nach N y nach E z nach unten ρ Granit 2.72 g cm 3 kg 3 m σ zz = ρ g h = = 26.7 MPa kg m m 3 2 m sec Nach Means, 1976

19 Spannungsfelder und trajektorien 2 Spannungen in σxx und σyy: Bei isotropem Material gilt: σxx = σyy: Elastizität: Poissonsche Zahl (ν) (ν) ν Granit = 0.25 σ xx ν = σ yy = ρ 1 ν g h Nach Means, 1976 = = MPa

20 Spannungen in einem Profil MPa Spannungsgradienten σxx = σ yy σ zz 1 km Spannungstrajektorien σzz = σ 1 Ähnliche Rotations- Ellipsoide Nach Means, 1976 σ = σ = σ xx yy 1

21 Tektonische Spannungen W σ yy E MPa 3 1km Granit 10 MPa σxx = σ yy σ yy isotrope Lage σ zz σ zz Spannungstrajektorien 1 km 1.) σzz = σ2; σyy = σ1; σxx = σ3 isotrope Lage 2.)isotrop: σyy = σzz = σ1= σ2 3.) σzz = σ1; σyy= σ2; σxx = σ3 Nach Means, 1976

22 Beispiele für Spannungstrajektorien Spannungstrajektorien an einem kreisförmigen Hohlraum Umgezeichnet nach Means, 1976

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