Tolles Lehrbuch online: http://earthds.info/index.html 180 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. 10 000 a: Warum geht das so langsam? Wegen der Viskosität der Asthenosphäre! a 50 100 150 200 250 300 50 0 b 7 6 7 9 8 4 3 5 2 1 0 0-1 -2 Gesamt-Hebung (m) Vertikalbewegung / Jahr (mm) * Vor 20 000 a war das Zentrum Skandinaviens von mehreren 1000 m Eis bedeckt!
Schwarz: Interglazial (heute) Grau: Glazial (vor 20 000 a) Wikipedia
Deformationsverhalten von Gestein kg cm -2 4000 3370 kg cm -2 1700 kg cm -2 Umgebungsdruck 710 kg cm -2 2000 240 kg cm -2 Bruch Bruch Gesteinsmechanisches Labor, TU BAF 0 0 2 4 6 8 10 v. H. Verkürzung
Deformationsverhalten von Gestein Temperatur und Material Fsp, Qz Ol, Pyx
Temperaturanstieg mit der Tiefe (Modelle) Für die obersten 20 km gilt: ~ 30K/Km = Geothermischer Gradient (regionale Schwankungen zwischen 15 und 300K/km gemessen) 8000 a 6000 4000 2000 0 Kruste Mantel (fest) äußerer Kern (flüssig) innerer Kern (fest) 0 2000 4000 6000
0 Festigkeit OZEAN KRUSTE spröd spröd-duktiler Übergang a Moho 0 Festigkeit spröd duktil spröd-duktiler Übergang spröd-duktiler Übergang b Moho Deformation von Lithosphäre bei niedriger Deformationsrate (mm/a) 50 50 duktil duktil Kontinentale Lithosphäre 100 ASTHENOSPHÄRE 100 ASTHENOSPHÄRE Ca. 1300 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 S E 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)
Aufschiebung Blattverschiebung
Vergenz Liegende Antiklinale Achsenflächen Aufrechter Schenkel Achsenflächen Überkippter Schenkel " Tauchfalte"
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
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
- 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 passiver Kontinentalrand z.b. Westafrika kontinentaler Intraplatten-Magmatismus z.b. Yellowstone 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 2008
Ostafrikanisches Rift System: Bricht Afrika auseinander?
Kivu- und Rusizi-Riftgräben, Westlicher Ostafrika-Rift-Arm
Aufbau von Mittelozeanischen Rücken (MOR): in 2500 m Tiefe, von Transformstörungen zerlegt TiefseeSedimente Magmakammer Kissenlava Sheeted dykes Gabbro Schmelzbildung durch Dekompression (tholeiitische Basalte) Asthenosphäre 2000 [m] MOR empirische Tiefenkurve, Nordpazifik Nordpazifik (~5 cm a-1) 3000 Südpazifik (~3 cm a-1) Hydrothermale Kreisläufe (Blacksmoker etc.) 4000 5000 5 6 8 11 13 21 25 27 32 6000 20 40 Alter 60 80 [Ma] Absinken der ozeanischen Lithosphäre (auf 5000 m) durch Abkühlung mit zunehmendem Alter
Alter der ozeanischen Lithosphäre: < 210 Ma 0-5 Ma 5-37 Ma 37-66 Ma 66-117 Ma 117-208 Ma Kontinent, Schelf, ozeanische Plattform
Atwater-Movies: - SFS5_MagStripes+RevScale.mov - Pangea2_FaultedEA.mov - http://emvc.geol.ucsb.edu/
Benioff Wadati-Zone = Erdbeben, an einer abtauchenden Fläche angeordnet Modell einer Subduktionszone, 8 cm/a; Thermische Inversion 0 200 400 600 abtauchende Platte Magmatic arc Back arc Trench (Zone erhöhten Wärmeflusses) 400 600 überreitende Platte 800 1000 1200 1400 400 Olivin Spinell 600 Spinell Oxide Volatile (H 800 2 O etc.) entweichen >> Solidus-Erniedrigung im Mantel >> Bildung von basaltischen Schmelzen 200 0 200 400 600 800 Distanz vom Trench (km)
Atwater-Movie: - Subduction.mov http://emvc.geol.ucsb.edu/
Topographie einer Tiefseerinne: Akkretionsprisma Nordamerika-Platte Cocos-Platte Tiefseerinne (trench) Seamounts
Akkretionsprisma an Subduktionszonen: Cold Seeps, Gashydrate und spezielle Faunen-Gemeinschaften
Mt. St. Helens Subduktionszonen- Magmatismus: Zweithöchste Magmenproduktionsrate Three Sisters
Himalaya-Orogen = Produkt von 40 Ma Kollision India-Asia Kollisionsfront = Sutur zwischen India und Asia Geology.com
Atwater-Movie: - Pangea2_FaultedEA.mov http://emvc.geol.ucsb.edu/
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
Sediment- becken 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)
From continental rift to passive continental cargin
Rotsedimente Vulkanite (Trias) Karbonatplattform oder Riffkomplex (Jura-Unterkreide) Diskordanz (Unterkreide) Salzdiapir COST (Obertrias) B-2 0 Schelfrand in der Unterkreide Diskordanz (Oligozän?) 0 Ozean Kreide Tertiär Jura Jura 10 10 ozeanische Kruste, Schicht 1 ozeanische Kruste, Schicht 2 20 kontinentale Kruste Mantel 30 0 100 Entfernung (km) 200 20 30
Die Nordsee: Von tektonischem Rift zu Subsidenz durch Sedimentauflast
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