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02.12.2010
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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
Tolles Lehrbuch online: http://earthds.info/index.html
• Elastische Deformation
• Plastische Deformation
• Bruch (Spröddeformation)
• Abhängig von:
– Material
– Temperatur
– Umgebungsdruck
– Deformationsrate
Deformationsverhalten von Gestein
Beispiel für elastisches Verhalten der
Lithosphäre: Glazio-isostatische* Hebung von
Skandinavien seit ca. 10 000 a:
a b50
100
150
200
250
300
50
0
-10
12345
6
7
8
9
-2
7
0
Gesamt-Hebung (m) Vertikalbewegung / Jahr (mm)
Warum geht das so
langsam?
Wegen der
Viskosität der
Asthenosphäre!
* Vor 20 000 a war das Zentrum Skandinaviens von mehreren 1000 m Eis bedeckt!
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Schwarz: Interglazial (heute)
Grau: Glazial (vor 20 000 a)
Wikipedia
Deformationsverhalten
von Gestein
kg cm-2
4000
2000
0
0 2 4 6 8 10 v. H.Verkürzung
3370 kg cm-2
1700 kg cm-2
710 kg cm-2
240 kg cm-2
Bruch Bruch
Gesteinsmechanisches Labor, TU BAF
Umgebungsdruck
Deformationsverhalten von Gestein
Temperatur und Material
Fsp, Qz
Ol, Pyx
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Temperaturanstieg mit der Tiefe
(Modelle)
Für die obersten 20 km gilt: ~ 30K/Km
= Geothermischer Gradient
(regionale Schwankungen zwischen 15 und
300K/km gemessen)
0 2000 4000 60000
2000
4000
8000
6000
Mantel(fest)
äußererKern
(flüssig)
innerer Kern (fest)
Kruste
a
KRUSTEOZEAN
spröd-duktilerÜbergang
spröd
duktil
Moho
ASTHENOSPHÄRE
spröd-duktilerÜbergang
Moho
ASTHENOSPHÄRE
spröd-duktilerÜbergang
spröd
duktil
duktil
0
50
100
0
50
100
Festigkeit Festigkeita bDeformation von Lithosphäre
bei niedriger Deformationsrate
(mm/a)
Ozeanische
Lithosphäre
Kontinentale Lithosphäre
Fsp, Qz
Ol, Pyx
Ca. 1300°C
Bei hoher Deformationsrate
durchweg elastisch bis spröd,
z.B. Erdbebenwellen;
aber: in der kont. Unterkruste
keine Erdbeben möglich
Störungen
und Falten der
Oberkruste (Faults and folds)
N
S
EW
a) Abschiebung b) Aufschiebung c) Dextrale Seitenverschiebung
d) Sinistrale schräge Abschiebung
Hangendscholle
Liegendscholle
„Beach balls“
Räuml. Darstellung
der
Herdflächenlösung,
(focal plane solution),
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Aufschiebung
Blattverschiebung
Achsenflächen
Überkippter Schenkel
Aufrechter Schenkel
Vergenz
Achsenflächen
LiegendeAntiklinale
" Tauchfalte"
weite duktileScherzonemit Gneis
schmale duktileScherzone mitMylonit
Störungsbrekziemit Pseudotachylit
Störungsbrekziemit verfestigtemKataklasit
undeformierterProtolith:PorphyrischerGranit
vorherrschendduktile
Deformation
vorherrschendspröde
Deformation
Störungs-brekzien
Fsp, Qz
Ol, Pyx
Deformationsgefüge in
kontinentaler Kruste am
Beispiel einer
Blattverschiebung
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Endglieder der duktilen Deformation
• Einfache Scherung (simple shear)
• Reine Scherung (pure shear)
ReineScherung
EinfacheScherung
Kartenstapel Butter
Aktuelle Relativ-
Bewegungen, durch
präzise GPS-
Messungen gestützt
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- Auf- und absteigende Konvektion: Manteldiapire und Subduktion
- Antriebskräfte der Plattenbewegungen: - ridge push
- slab pull
- mantle convection
- interplate forces
kontinentale Lithosphäre
ozeanische Lithosphäre Asthenosphäre
'fore-arc' 'back-arc'
Übergangszone des OberenMantels
passiverKontinentalrandz.B. Westafrika
aktiver Kontinentalrandz.B. Anden
kontinentales Riftz.B. Ostafrika
Mittelozeanischer Rücken,konstruktive Plattengrenze
Inselbogen,destruktiver Plattenrandz.B. Tonga-Kermadec
ozeanischerIntraplatten-Magmatismusz.B. Hawaii
kontinentalerIntraplatten-Magmatismusz.B. Yellowstone
Subduktionszone, Tiefseerinne
Subduktionszone, Tiefseerinne
Bewegungsrichtungen derKonvektionsströme
Vorland 'fore-arc'
Bewegungsrichtungen derLithosphärenplatten
Plattengrenzen und Lage der Hot Spots
JGR 2008 Aktive Hot Spots
im Pazifik:
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Ostafrikanisches Rift System:
Bricht Afrika auseinander?
Kivu- und Rusizi-Riftgräben, Westlicher Ostafrika-Rift-Arm
Tiefsee-Sedimente
Magma-kammer
Asthenosphäre
Kissen-lava
Sheeteddykes
Gabbro
Aufbau von
Mittelozeanischen Rücken
(MOR): in 2500 m Tiefe, von
Transformstörungen
„zerlegt“
Schmelzbildung
durch
Dekompression
(tholeiitische
Basalte)
Hydrothermale Kreisläufe
(Blacksmoker etc.)
2000
3000
4000
5000
6000
[m]
20 40 60 80Alter [Ma]
MOR
5 6 8 11 13 21 25 27 32
empirische Tiefenkurve,Nordpazifik
Südpazifik (~3 cm a-1)
Nordpazifik (~5 cm a-1)
Absinken der ozeanischen
Lithosphäre (auf 5000 m) durch
Abkühlung mit zunehmendem
Alter
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0 - 5 Ma
5 - 37 Ma
37 - 66 Ma
66 - 117 Ma
117 - 208 Ma
Kontinent, Schelf, ozeanische Plattform
Alter der ozeanischen Lithosphäre: < 210 Ma
Atwater-Movies:
- SFS5_MagStripes+RevScale.mov
- Pangea2_FaultedEA.mov
-
http://emvc.geol.ucsb.edu/
Olivin
Spinell
Spinell
Oxide
überreitendePlatte
abtauchendePlatte
Trench
Magmatic arc
Back arc(Zone erhöhtenWärmeflusses)
0
200
400
600
800
200 0 200 400 600 800
Distanz vom Trench (km)
400
800
1000
1200
1400
400
600600
Benioff–Wadati-Zone = Erdbeben, an
einer abtauchenden Fläche angeordnet
Modell einer Subduktionszone, 8 cm/a;
Thermische Inversion
Volatile (H2O etc.) entweichen >>
Solidus-Erniedrigung im Mantel >>
Bildung von basaltischen Schmelzen
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Atwater-Movie:
- Subduction.mov
http://emvc.geol.ucsb.edu/
Cocos-Platte
Nordamerika-Platte
Tiefseerinne (trench) Seamounts
Topographie einer Tiefseerinne: Akkretionsprisma
Akkretionsprisma an
Subduktionszonen:
Cold Seeps, Gashydrate und
spezielle Faunen-Gemeinschaften
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Mt. St. Helens
Subduktionszonen-
Magmatismus:
Zweithöchste
Magmenproduktions-
rate
Three Sisters
Geology.com
Himalaya-Orogen = Produkt von 40 Ma Kollision India-Asia
Kollisionsfront = Sutur zwischen India und Asia
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Atwater-Movie:
- Pangea2_FaultedEA.mov
http://emvc.geol.ucsb.edu/
Allmendinger, Cornell
Subandiner Falten- und
Überschiebungsgürtel
(thrust-and-fold-belt)
Digitales Geländemodell, DEM
Elemente von Kollisionsorogenen: - Falten- und Überschiebungsgürtel
- tektonische Decken und – Fenster
- tektonische Klippen
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)
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From continental rift to
passive continental cargin
0
10
20
30
0
10
20
30
0 100 200
Mantel
Ozean
Entfernung (km)
Diskordanz
(Unterkreide)
Salzdiapir
(Obertrias)
COST
B-2
Schelfrand in
der Unterkreide
Diskordanz
(Oligozän?)
Karbonatplattform oder
Riffkomplex (Jura-Unterkreide)
Jura
Jura
ozeanische Kruste, Schicht 1
ozeanische Kruste, Schicht 2
kontinentale Kruste
TertiärKreide
Rotsedimente
Vulkanite (Trias)
Die Nordsee: Von tektonischem Rift zu Subsidenz durch Sedimentauflast