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ALLGEMEINE GEOLOGIE H. HEINISCH WS 2004/05 1.-1 1. Einführung Geologie als Wissenschaft, Erde als Kosmischer Körper, Bauplan der Erde, Magnetismus, Stoffbestand der Erde (Minerale und Gesteine), Geologische Prozesse -Kreislauf d. Gesteine, Die Zeitskala und die Dokumentation, Zeitmessung und Stratigraphie 2. Exogene Dynamik Verwitterung, Klimazonen, Landschaftsentwicklung, Kreislauf des Wassers, Gravitative Mas-senverlagerung, Wind, Eis, Zusammenfassung kontinentale Abtragung, Geologie der Meere, Diagenese, Klassifikation der Sedimentgesteine 3. Endogene Dynamik Heatflow, Magmatismus, Metamorphose, 4. Tektonik und Plattentektonik Tektonik, Deformation, Seismologie, Plattentektonik, Geodynamik, Geodynamische Gesamt-konzepte 5. Megazyklen, Wechselwirkungen Globale Zyklen, gekoppelte Kreisläufe, Klima, Massenbilanz 6. Anthropogeologie Risikopotential, Energie, Rohstoffe

ALLGEMEINE GEOLOGIE H. HEINISCH WS 2004/05 1.- 2 Die Erde in Zahlen Äquatorialer Radius 6378 km Polarer Radius 6357 km Kugelradius des Erdvolumens 6371 km Volumen 1,083 * 1027 cm3 = 1083 * 109 km3 Oberfläche 5,1 * 1018 cm2 = 510 *106 km2 Ozeane 71% d. Erdoberfläche Land 29% d. Erdoberfläche Durchschnittshöhe des Landes 623 m Durchschnittstiefe der Ozeane 3,8 km Masse 5,976 * 1027g = 598 * 1019 t Dichte 5,517 g/cm3 Anziehung an Äquator 978,032 cm/s2 Masse der Atmosphäre 5,1 * 1021 g Masse des Eises 25-30 * 1021 g Masse der Ozeane 1,4 * 1024 g = 1,4 * 1018 t (1,4 * 109 km3) Masse der Kruste 2,5 * 1025 g Masse des Mantels 4,05 * 1027 g Masse des Kerns 1,9 * 1027 g Hauptentfernung zur Sonne 1,496 * 108 km Rotationsgeschwindigkeit 7,292 * 10-5 rad/s Durchschnittsgeschwindigkeit der Bewegung um die Sonne 29,77 km/s

Verhältnis der Massen Sonne/Erde 3,329 * 105

Verhältnis der Massen Erde/Mond 81,303 Quelle: Press & Siever, 1986

Der Bauplan der Erde

ALLGEMEINE GEOLOGIE H. HEINISCH WS 2004/05 1.- 3 Klassische Gliederung (BULLEN 1963, in SCHMIDT-THOME 1972) Radius Dicke Vol. Kruste max. 60 km 1 % 1 % kontinental 30 - 60 km ozeanisch 6 - 10 km A) 0 - 60 km fest ------- MOHO --------------------------------------------- Mantel rd 2850 km 45 % 83 % Oberer Mantel B) 50 - 360 km fest, Übergangszone C) 360 - 680 km plastisch Unterer Mantel D) 680 - 2900 km teil- liquide ------- WIECHERT/GUTENBERG ------------------- Kern rd 3450 km 55 % 16 % Äußerer Kern E) 2900 - 4980 km flüssig Übergangszone F) 4980 (5150) km Innerer Kern G) 4980 - 6370 km fest (hochviskos ?) --------------------------------------------------------------- Summe 6370 km 100 % 100 % Gliederung der Tektonosphäre nach seismischen Daten P- Wellen S- Wellen Lithosphäre 0- 40 km (ozeanisch) 0-100 km (kontinental) 7,4-8,2 km/s 3,9-4,65 km/s Asthenosphäre 40-250 km (ozeanisch) 100-250 km (kontinental) 7,7 km/s 4,3 km/s O. Mesosphäre 250-360 km 8,2 km/s 4,3 km/s U. Mesosphäre 360-680 km (=Zone C) 8,2-11,4 km/s 4,3-6,4 km/s ---------------------------------------------------------------- U. Mantel 11,4-13,6 km/s 6,4-7,3 km/s

ALLGEMEINE GEOLOGIE H. HEINISCH WS 2004/05 1.- 4


Magnetismus

ALLGEMEINE GEOLOGIE H. HEINISCH WS 2004/05 1.- 8 Typischer Querschnitt durch die kontinentale Kruste

Typischer Querschnitt durch die ozeanische Kruste


Plattentektonik


Stoffbestand der Erde (Minerale und Gesteine) Tabelle 2.6: Die wichtigsten Klassen der Mineralsystematik Klasse Kennzeichnende Ani-

onen Beispiel

Elemente keine Ionen Kupfer (Cu) Sulfide Sulfidion (S2-) Bleiglanz (PbS) Arsenide und komplexe Sulfide

Arsen- und Arsen-Schwefel-Verbindungen

Safflorit (CoAs2) Enargit (Cu3AsS4)

Oxide und Hydroxide

Sauerstoffion (O2-) Hydroxidion (OH-)

Hämatit (Fe2O3) Brucit (Mg(OH)2)

Halogenide Cl-, F-, Br-, I- Halit (Steinsalz) (NaCl) Carbonate Carbonation (CO3

2-) Calcit (CaCO3) Sulfate und Wolframverbindungen

Sulfation (SO42-)

Wolframation (WO42-)

Anhydrit (CaSO4) Scheelit (CaWO4)

Phosphate Phosphation (PO43-) Apatit (Ca5[F, Cl, OH/(PO4)3])

Silicate Silication (SiO44-) Olivin (Fosterit) (Mg2SiO4)

(Quelle: Press & Siever, 1995)


Beispiele für Kristallformen und Zwillingsbildung


Geologische Prozesse

Der Kreislauf der Gesteine


Die Zeitskala und die Dokumentation Hierarchie chronostratigraphischer Kategorien: Hierarchie Beispiel Ära(them) (erathem, eratheme, eratema, gruppa) Phanerozoikum System (system, Systeme, sistema, sistema) Jura Serie, Abteilung (series, serie, Serie, otdel) Malm γ Stufe (stage, etage, piso, jarus) Malm Zone (zone, zone, zona, zona) Aulacostephanus mutabilis-Zone


Zeitmessung und Stratigraphie

T = 0,693/λ Diese Halbwertszeit ist für jedes radioaktive Isotop unterschiedlich groß:

Die gebräuchlichsten Zerfallsreihen: 238U → 206Pb, 4He 235U → 207Pb, 4He 234Th → 230Th 232Th → 208Pb, 4He 230Th → 226Ra 231Pa → 227Ac 187Re → 187Os 87Rb → 87Sr 40K → 40Ca, 40Ar 14C → 14N

Isotop Halbwertszeit Bezeichnung 238U 4,51 x 109 Jahre Uran-Spaltspuren-Methode 235U 0,71 x 109 Jahre Uran-Blei-Methode 234U 2,5 x 105 Jahre 234Uran-Methode 232Th 1,39 x 1010 Jahre Thorium-Blei- oder Thorium-Helium-Methode 230Th 7,5 x 104 Jahre lonium-Methode 231Pa 3,2 x 104 Jahre Protactinium-Methode 187Re 4,3 x 1010 Jahre Rhenium-Osmium-Methode 87Rb 4,7-5,0 x 1010 Jahre Rubidium-Strontium-Methode 40K 1,13-1,30 x 109 Jahre Kalium-Argon-Methode 14C 5,5-5,7 x 103 Jahre Radio-Kohlenstoff- oder 14C-Methode Der radioaktive Zerfall liefert - eines oder mehrere stabile Zerfallsprodukte, wie z. B. 40K → 40Ar und 40Ca. - einen neuen, ebenfalls radioaktiven Atomkern, der seinerseits zerfällt. Daraus resultiert

eine radioaktive Zerfallsreihe mit einem stabilen Endprodukt, wie z. B. 238U → 234Th → 234Pa → 230Th → 206Pb.

Quelle: Rey, 1991

N = N0 * e-λt t = (1/λ) * ln[(p+d)/p] = (1/λ) * ln[(p/d)+1]

Quelle: Prothero, 1990


Quelle: Press & Siever, 1995

Zusammenfassung: Das isotopen-geochronologisch gemessene Alter gibt den Zeitpunkt des Schlie-ßens der Isotopensysteme an. Es kann sich durch spätere Einwirkungen wieder öffnen. Erst die Verknüpfung verschiedener unterschiedlicher Methoden (Gesamt-gesteinsalter, Mineralalter, verschiedene Isotopensysteme) ergibt zuverlässige Daten. Wichtig ist die Berücksichtigung der geologischen Gesamtsituation. Das Auflösungsvermögen ist für das Känozoikum höher als in der Biostratigraphie, für das Paläozoikum und Mesozoikum geringer. Fehlerrechnungen und genauere Bestimmung der physikalischen Konstanten führen zur iterativen Verbesserung der geochronologischen Skala


Stratiqr. Untersuchunqsmethoden/Zusammenfassunq: Die Entschlüsselung der Erdgeschichte erfolgt durch Anwendung stratigraphischer Methoden. Die mit Abstand besten Dokumente liefern Sedimentabfolgen. Bei der Untersuchung von Se-dimentgesteinen ergänzen sich drei grundsätzliche methodische Ansätze: Lithostratigraphie: Analyse petrographischer und mineralogischer Eigenschaften von geol. Abfolgen (relative Zeitachse). Biostratigraphie: Analyse der geologischen Schichtfolgen anhand organischen Inhalts (relative Zeitachse). Chronometrie/Geochronologie: Bestimmung absoluter Zeitmarken. Dabei werden abhängig von der Fragestellung u.a. folgende Methoden angewendet: - Biostratigraphie: Zeitliche Entwicklung und räumliche Veränderung von fossilen Organis-

mengemeinschaften - Sedimentologie: Petrographische Zusammensetzung und Aufbau eines Sedimentkörpers - Radiometrie: Messung der Isotopenverhältnisse radioaktiver Elemente in Mineralen und

Gesamtgesteinen, Altersbestimmung. - Paläomagnetismus: Orientierung magnetischer Minerale. - Seismische Stratigraphie: Elastische Eigenschaften von Gesteinen - Bohrlochmessungen: diverse physikalische Parameter. - Paläoklimatologie: Klimaveränderungen über physikalische, chemische oder geomorpho-

logische Methoden - Tephrochronologie: Pyroklastika- Lagen in Sedimenten. Bei Magmatiten und Metamorphiten steht die Gliederung mit geochronologischen Methoden unter Berücksichtigung magmatischer Zyklen, der Chronologie von Deformationsphasen oder geotektonischer Megazyklen (Oroge-nesen, Krusten- Akkretion) im Vordergrund.

ALLGEMEINE GEOLOGIE H. HEINISCH WS 2004/05 1.- 28 Zusammenfassung Vererzung im Präkambrium Archaikum: 1) an Greenstone-Belts gebundene sulfidische oder oxidische Erze mit Cu, Ni, Au, Sb, As, W

im Zus. mit Vulkaniten (Südafrika: Swaziland- System, Murchison Range, Barberton Mountain Belt; Rhodesien: Bulawayan; Kanada: Slave Provinz und Abitibi- Zone; Austra-lien: Pilbara-Block).

2) BIFs, auch im Wechsel mit Vulkaniten (Algoma-Typ) z.B. Isua Grönland. 3) Chromite (stratiform in Peridotiten, etc.) Grönland: Fiskenaesset; Rhodesien: Selukwe. 4) Ni-Cu-Vererzungen Proterozoikum: 1) Buntmetalle (Kieserze, Cu-Pb-Zn-Fe) in Vulkaniten 2) Intrusiv-Komplexe (Cr, Pt, Au, Cu, Ni, Fe, V, Ti) wie Bushveld-Südafrika, Great Dyke

Rhodesien, Sudbury aber auch REE, Li, Be, W, Mo, U, Cu, Nb, Ta, Apatit an Carbonatite etc. gebunden (z.B. Phalaborwa in Südafrika, etc.).

3) Diamanten in Kimberliten. 4) Sedimentäre Gold/Uran -Erze, fluviatil; Südafrika: Witwatersrand; Canada: Blind River;

Brasilien: Jacobina. 5) BIFS allenthalben (Lake Superior Typ) in USA, Kanada, UdSSR, Schweden, Brasilien

(Minas Gerais), Indien und wieder mal Südafrika. Jeweils Milliarden Tonnen mit bis zu 60% Fe.


Quelle: Geol. Bundesan
stalt Wien, 1999

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