Geologische Prozesse: Deformation, Plattentektonik und Konvektion

Deformation: Veränderung von Gesteinen

Deformation wird als Veränderung der Lage, Form und des Volumens von Gesteinen unter Einwirkung von Kräften (Spannungen) definiert.

Arten der Verformung von Gestein

• Elastisch: Das Material verformt sich unter Belastung, kehrt aber in seine ursprüngliche Form zurück, sobald die Belastung nachlässt (z. B. Zugspannung).
• Plastisch: Das Material verformt sich unter Belastung und behält diese Verformung bei, auch wenn die Kraft nicht mehr einwirkt (z. B. Druckspannung).
• Bruch (Spröde): Hierbei verliert das Material seinen inneren Zusammenhalt und es entstehen Frakturen (Brüche). Wenn Gestein unter Kompression nicht plastisch verformt wird, spricht man von sprödem Verhalten.

Elemente einer Faltenstruktur

Axialebene:

Die Ebene, die die Falte so symmetrisch wie möglich in zwei Hälften teilt.

Scharnier (Hinge):

Der Bereich der Falte mit der maximalen Krümmung.

Faltenachse (Scharnierlinie):

Die Schnittlinie der Axialebene mit dem Scharnier.

Flanken:

Die seitlichen Bereiche der Falte auf beiden Seiten des Scharniers.

Kern (Core):

Die innerste Zone einer Falte.

Bruchstrukturen und Störungskomplexe

• Graben: Ein abgesunkener Block, der auf beiden Seiten durch parallele Störungen (Verwerfungen) begrenzt wird.
• Horst (Tektonische Säule): Ein angehobener Block, der auf beiden Seiten durch parallele Störungen (Verwerfungen) begrenzt wird.

Grundlagen der Plattentektonik

Die Erde ist in eine Reihe starrer Fragmente, die Lithosphärenplatten, unterteilt.

Wichtige Lithosphärenplatten

• Eurasische Platte
• Afrikanische Platte
• Indisch-Australische Platte
• Nordamerikanische Platte
• Jüngere Platten wie die Nazca-Platte oder die Karibische Platte

Lithosphärenplatten sind nicht statisch, sondern verändern langsam, aber stetig ihre Größe, Form und Position. Diese Bewegungen erzeugen Reibung und dynamischen Schub zwischen den Platten, was unterschiedliche geologische Prozesse auslöst:

• Internen Ursprungs: Vulkanismus, Magmatismus, Erdbeben, Verformungen der Erdkruste.
• Externen Ursprungs: Erosion, Sedimentation.

Verteilung von Vulkanen und Erdbeben

Vulkane und Erdbeben sind nicht gleichmäßig über die Erdoberfläche verteilt, sondern konzentrieren sich hauptsächlich auf bestimmte Bereiche. Oft fallen seismische und vulkanische Aktivität zusammen. Obwohl es vulkanische Gebiete ohne nennenswerte seismische Aktivität und seismische Zonen ohne vulkanische Aktivität gibt, existieren zahlreiche Orte, an denen sich diese Phänomene überschneiden.

Die Plattengrenzen und ihre Dynamik

1. Konvergente Grenzen (Destruktive Ränder)

   Hier kollidieren zwei Platten. Typischerweise wird eine Platte unter die andere geschoben (Subduktion), weshalb diese Ränder auch als destruktiv bezeichnet werden.

   Mögliche Kombinationen: Kollision zwischen zwei ozeanischen Platten, einer ozeanischen und einer kontinentalen Platte oder zwei kontinentalen Platten.

2. Divergente Grenzen (Konstruktive Ränder)

   Hier bewegen sich zwei Platten voneinander weg. Durch die Trennung tritt Magma aus dem Erdinneren aus. Wenn das Magma die Oberfläche erreicht, erstarrt es und bildet neue Lithosphärenfragmente. Diese Grenzen werden daher auch konstruktiv genannt.

3. Konservative Grenzen (Transformstörungen)

   Hier gleiten zwei Platten seitlich aneinander vorbei. Die Brüche, entlang derer die Platten gleiten, werden Transformstörungen genannt. An diesen Grenzen wird weder Lithosphäre erzeugt noch vernichtet; sie werden daher auch passive Grenzen genannt.

Entstehung der Ozeane und Rift-Täler

• Wenn divergente Plattenränder Teile desselben Kontinents sind, bilden sich Rift-Täler (große, längliche Vertiefungen).
• Bei fortgesetzter Divergenz kann eine Verbindung zu einem Ozean entstehen, was zu einer Überflutung und der Bildung eines Meeres führt.
• Der Meeresboden entwickelt dann einen Mittelozeanischen Rücken (Dorsale) in der Lithosphäre, begleitet von intensivem Vulkanismus.

Konvektionsströme im Erdmantel

Konvektion beschreibt zyklische Bewegungen: Eine Flüssigkeit dehnt sich beim Erwärmen aus, wird weniger dicht und steigt auf. In kühleren Bereichen kühlt sie ab, ihre Dichte nimmt zu, und sie sinkt wieder ab. Obwohl der Erdmantel fest ist, existieren auch dort Konvektionsströme.

• Der Erdkern weist sehr hohe Temperaturen auf. Mantelmaterialien, die mit dem Kern in Kontakt kommen, werden erhitzt, dehnen sich aus und steigen auf.
• Materialien, die zur Lithosphäre aufgestiegen sind, kühlen ab, ihre Dichte erhöht sich, und sie sinken wieder ab, wodurch der Konvektionszyklus geschlossen wird.