Deformationsverhalten von Gestein. 180 Minuten Tektonik und Geotektonik

Transkript

1 Tolles Lehrbuch online: 18 Minuten Tektonik und Geotektonik - Temperaturanstieg mit der Tiefe - Deformationsverhalten der Lithosphäre - Störungen und Falten - Plattentektonik - Divergente Plattenränder (Rift und MOR) - Konvergente Plattenränder (Subduktion und Kont.- Kont.-Kollision) - Sedimentbecken Deformationsverhalten von Gestein Elastische Deformation Plastische Deformation Bruch (Spröddeformation) Abhängig von: Material Temperatur Umgebungsdruck Deformationsrate Beispiel für elastisches Verhalten der Lithosphäre: Glazio-isostatische* Hebung von Skandinavien seit ca. 1 a: Warum geht das so langsam? Wegen der Viskosität der Asthenosphäre! a b Gesamt-Hebung (m) Vertikalbewegung / Jahr (mm) * Vor 2 a war das Zentrum Skandinaviens von mehreren 1 m Eis bedeckt! 1

2 Schwarz: Interglazial (heute) Grau: Glazial (vor 2 a) Wikipedia Deformationsverhalten von Gestein kg cm kg cm kg cm -2 Umgebungsdruck 71 kg cm kg cm -2 Bruch Bruch Gesteinsmechanisches Labor, TU BAF v. H. Verkürzung Deformationsverhalten von Gestein Temperatur und Material Fsp, Qz Ol, Pyx 2

3 Temperaturanstieg mit der Tiefe (Modelle) Für die obersten 2 km gilt: ~ 3K/Km = Geothermischer Gradient (regionale Schwankungen zwischen 15 und 3K/km gemessen) 8 6 a 4 2 äußerer Kern innerer Kern Mantel (fest) (flüssig) (fest) Kruste Festigkeit OZEAN KRUSTE spröd spröd-duktiler Übergang 5 duktil a Moho 5 Festigkeit spröd duktil spröd-duktiler Übergang duktil spröd-duktiler Übergang b Moho Deformation von Lithosphäre bei niedriger Deformationsrate (mm/a) Kontinentale Lithosphäre 1 ASTHENOSPHÄRE 1 ASTHENOSPHÄRE Ca. 13 C Ozeanische Lithosphäre Fsp, Qz Ol, Pyx Bei hoher Deformationsrate durchweg elastisch bis spröd, z.b. Erdbebenwellen; aber: in der kont. Unterkruste keine Erdbeben möglich N W E S Hangendscholle Beach balls Räuml. Darstellung der Herdflächenlösung, (focal plane solution), Liegendscholle a) Abschiebung b) Aufschiebung c) Dextrale Seitenverschiebung d) Sinistrale schräge Abschiebung Störungen und Falten der Oberkruste (Faults and folds) 3

4 Blattverschiebung Aufschiebung Vergenz Liegende Antiklinale Achsenflächen Aufrechter Schenkel Achsenflächen Überkippter Schenkel " Tauchfalte" Fsp, Qz Ol, Pyx Deformationsgefüge in kontinentaler Kruste am Beispiel einer Blattverschiebung vorherrschend spröde Deformation Störungsbrekzien undeformierter Protolith: Porphyrischer Granit Störungsbrekzie mit verfestigtem Kataklasit Störungsbrekzie mit Pseudotachylit vorherrschend duktile Deformation schmale duktile Scherzone mit Mylonit weite duktile Scherzone mit Gneis 4

5 Endglieder der duktilen Deformation Einfache Scherung (simple shear) Reine Scherung (pure shear) Reine Scherung Einfache Scherung Butter Kartenstapel Aktuelle Relativ- Bewegungen, durch präzise GPS- Messungen gestützt 5

6 - Auf- und absteigende Konvektion: Manteldiapire und Subduktion - Antriebskräfte der Plattenbewegungen: - ridge push - slab pull - mantle convection - interplate forces ozeanischer Intraplatten-Magmatismus z.b. Hawaii Mittelozeanischer Rücken, konstruktive Plattengrenze Inselbogen, destruktiver Plattenrand z.b. Tonga-Kermadec kontinentaler Intraplatten-Magmatismus z.b. Yellowstone passiver Kontinentalrand z.b. Westafrika kontinentales Rift z.b. Ostafrika aktiver Kontinentalrand z.b. Anden 'fore-arc' Subduktionszone, Tiefseerinne 'back-arc' Vorland 'fore-arc' Subduktionszone, Tiefseerinne kontinentale Lithosphäre ozeanische Lithosphäre Bewegungsrichtungen der Lithosphärenplatten Übergangszone des Oberen Mantels Bewegungsrichtungen der Konvektionsströme Asthenosphäre Plattengrenzen und Lage der Hot Spots Aktive Hot Spots im Pazifik: JGR 28 6

7 Ostafrikanisches Rift System: Bricht Afrika auseinander? Kivu- und Rusizi-Riftgräben, Westlicher Ostafrika-Rift-Arm Aufbau von Mittelozeanischen Rücken (MOR): in 25 m Tiefe, von Transformstörungen zerlegt Tiefsee- Sedimente Magmakammer Kissenlava Sheeted dykes Schmelzbildung durch Dekompression (tholeiitische Basalte) Asthenosphäre Gabbro 2 [m] 3 MOR empirische Tiefenkurve, Nordpazifik Nordpazifik (~5 cm a-1) Südpazifik (~3 cm a-1) 4 Hydrothermale Kreisläufe (Blacksmoker etc.) Alter 6 8 [Ma] Absinken der ozeanischen Lithosphäre (auf 5 m) durch Abkühlung mit zunehmendem Alter 7

8 Alter der ozeanischen Lithosphäre: < 21 Ma - 5 Ma 5-37 Ma Ma Ma Ma Kontinent, Schelf, ozeanische Plattform Atwater-Movies: - SFS5_MagStripes+RevScale.mov - Pangea2_FaultedEA.mov - Benioff Wadati-Zone = Erdbeben, an einer abtauchenden Fläche angeordnet Modell einer Subduktionszone, 8 cm/a; Thermische Inversion Trench abtauchende Platte Magmatic arc Back arc (Zone erhöhten Wärmeflusses) 4 6 überreitende Platte Olivin Spinell 6 Spinell Oxide Volatile (H 8 2 O etc.) entweichen >> Solidus-Erniedrigung im Mantel >> Bildung von basaltischen Schmelzen Distanz vom Trench (km) 8

9 Atwater-Movie: - Subduction.mov Topographie einer Tiefseerinne: Akkretionsprisma Nordamerika-Platte Cocos-Platte Tiefseerinne (trench) Seamounts Akkretionsprisma an Subduktionszonen: Cold Seeps, Gashydrate und spezielle Faunen-Gemeinschaften 9

10 Mt. St. Helens Subduktionszonen- Magmatismus: Zweithöchste Magmenproduktionsrate Three Sisters Himalaya-Orogen = Produkt von 4 Ma Kollision India-Asia Kollisionsfront = Sutur zwischen India und Asia Geology.com 1

11 Atwater-Movie: - Pangea2_FaultedEA.mov Elemente von Kollisionsorogenen: - Falten- und Überschiebungsgürtel - tektonische Decken und Fenster - tektonische Klippen Subandiner Falten- und Überschiebungsgürtel (thrust-and-fold-belt) Digitales Geländemodell, DEM Allmendinger, Cornell Sedimentbecken Archive der Erdentwicklung Reservoir für wichtige Resourcen: Wasser, Öl, Gas, Kohle Verschiedene Erze, andere Bau- und Rohstoffe (Sand, Kalk etc.) Beckentypen Extensional: Rift, passiver Kontinentalrand Kompressiv: Vorlandbecken weitere: Impakt, Caldera, Subrosion Ursachen der Beckenbildung und der Subsidenz - tektonische Dehnung - tektonische Auflast - lithosphärische Abkühlung - Sedimentauflast (nie primär) 11

12 From continental rift to passive continental cargin Rotsedimente Karbonatplattform oder Vulkanite (Trias) Riffkomplex (Jura-Unterkreide) Diskordanz Salzdiapir COST Schelfrand in Diskordanz (Unterkreide) (Obertrias) B-2 der Unterkreide (Oligozän?) Ozean Kreide Tertiär 1 Jura Jura ozeanische Kruste, Schicht kontinentale Kruste ozeanische Kruste, Schicht Mantel Entfernung (km) Die Nordsee: Von tektonischem Rift zu Subsidenz durch Sedimentauflast 12

13 Vorland-Becken a peripheres Vorlandbecken erloschene Arc-Vulkane z.b. Ganges-Becken in Indien Molasse-Becken nördlich der Alpen b Arc Retro-arc- Vorlandbecken z.b. subandines Becken östlich der Anden ozeanische Lithosphäre unterschiedliche kontinentale Lithosphären 13