Geologische Prozesse: Spannung, Verformung und Tektonik

Spannung und Verformung von Gesteinen

Spannung (Esfuerzo) beschreibt, wie viel Kraft auf ein Flächengewicht von Felsen wirkt. Die Verformung ist die Veränderung der Form und/oder des Volumens, die Gesteine durch diese Spannung erfahren.

Typen von Spannungen

• Druck: Materialverformung, wenn Teile aufeinanderprallen und deformiert werden.
• Unterschiedliche Bemühungen: Kräfte wirken in entgegengesetzte Richtungen.
• Konvergente Kräfte: Zusammendrückung von Materialien durch den Zusammenprall unterschiedlicher Platten.
• Stretching (Dehnung): Materialien werden durch die Trennung von Platten gestreckt und gestrafft.

Arten der Gesteinsverformung

Durch die Anwendung von Spannung können Gesteine verschiedene Verformungen erleiden:

1. Elastische Verformung: Das Gestein kehrt in seine ursprüngliche Form zurück, sobald die Spannung nachlässt.
2. Plastische Verformung: Wenn die Grenze überschritten wird, bleibt die Verformung permanent und das Gestein erlangt seine Ausgangsform nicht zurück.
3. Spröde Verformung: Bei Überschreitung des Widerstands kommt es zum Bruch. Die Resultate werden als Klüfte (Diaklasen) bezeichnet, wenn keine Verschiebung stattfindet, oder als Verwerfungen (Fehler), wenn eine Verschiebung der Gesteinsblöcke erfolgt.

Einflussfaktoren auf die Verformung

• Druck (P) und Temperatur (T): Nahe der Oberfläche (geringer P und T) ist das Gestein spröde und solide. In der Tiefe, wo P und T hoch sind, ist die elastische bzw. plastische Verformung sehr hoch.
• Dauer der Spannung: Abrupte Spannungen führen zu Brüchen. Wenn die Spannung allmählich über lange Zeit angewendet wird, verformt sich das Material eher plastisch.
• Natur des Gesteins: Wenig resistente Gesteine verformen sich leicht, während widerstandsfähigere Gesteine eher brechen.

Falten und ihre Elemente

Falten entstehen durch plastische Verformung. Ihre Bestandteile sind:

• Scharniere: Linien der maximalen Krümmung zwischen den Schichten; hier findet die wesentliche Änderung des Einfallens (Dip) statt.
• Axialebene: Vereint alle Scharniere einer Falte.
• Faltenachse: Schnittlinie der Axialebene mit der Oberfläche.
• Kern: Der innerste Teil der Falte.
• Flanke: Die Seiten der Falte.

Formen von Falten

• Sättel (Antiklinalen): Die ältesten Materialien befinden sich im Kern und die neuesten an den Flanken; sie bilden eine A-Form.
• Mulden (Synklinalen): Eine umgekehrte V-Form, bei der die jüngeren Schichten im Zentrum liegen.

Elemente einer Verwerfung (Fehler)

• Verwerfungsfläche: Die Fläche, auf der die Bewegung stattfand.
• Harnischstreifen: Diese zeigen in der Regel die Richtung der Bewegung an.
• Verwerfungslippen: Die Gesteinsblöcke, die sich bewegt haben.
• Sprunghöhe: Die vertikale Entfernung zwischen zwei Punkten, die zuvor vereint waren.

Arten von Verwerfungen

• Normale Verwerfung: Die Verwerfungsfläche ist zur Lippe hin geneigt; sie entsteht durch das Absinken einer Lippe.
• Vertikale Verwerfung: Ein Spezialfall, bei dem die Verwerfungsebene vertikal steht.
• Aufschiebung (Reverse Fault): Die Ebene stürzt auf die Lippe; dies geschieht durch Kompression und das Aufsteigen der Lippe.

Geologische Assoziationen und Strukturen

• Horst: Ein System von Verwerfungen, bei dem der zentrale Block hochsteht und zu den Seiten hin abfällt.
• Graben: Das Gegenteil eines Horsts; ein Senkungsbereich, auch als Grabenbruch oder Rift-Tal bekannt.
• Überschiebungen: Wenn eine Aufschiebung einen Sprungwinkel von weniger als 45° hat, fast horizontal liegt und der obere Block den abgesunkenen Block überdeckt.
• Decken (Mantos): Wenn die Verschiebung mehrere Kilometer erreicht und ältere Gesteine über modernen Schichten liegen.

Stratigraphische Diskontinuitäten

• Diskordanz: Eine Trennung paralleler Schichten durch eine unregelmäßige Oberfläche, die durch Erosion produziert wurde.
• Nichtkonformität (Inkonformität): Kontakt zwischen magmatischen oder metamorphen Gesteinen mit jüngeren Sedimentschichten.

Erdbeben und Seismologie

Erdbeben sind Bewegungen der Erdkruste, die durch eine plötzliche Energiefreisetzung entstehen. Sie sind oft mit Verwerfungen assoziiert. Wenn Gesteine hohen Belastungen ausgesetzt sind, baut sich Energie auf, bis sie brechen. Diese elastische Energie wird freigesetzt und breitet sich als Wellen aus.

• Hypozentrum: Der Ort im Erdinneren, an dem die Wellen entstehen.
• Epizentrum: Der Ort an der Oberfläche direkt über dem Hypozentrum, von dem aus sich die Oberflächenwellen ausbreiten.
• Tsunami: Durch Seebeben ausgelöste Riesenwellen, die alles verwüsten können.

Skalen zur Messung von Erdbeben

• Intensität (Mercalli-Skala): Misst die Auswirkungen und Schäden in 12 Stufen basierend auf beobachtbaren Phänomenen.
• Magnitude (Richter-Skala): Misst die beim Beben freigesetzte Energie.