Geologische Verformung: Falten, Verwerfungen und Orogenese

Verformung von Gestein

Verformung beschreibt die Änderung von Form und Volumen, die Gesteine erfahren, wenn sie unter Spannung stehen.

Typen der Verformung

• Elastische Verformung: Das Material verformt sich unter Belastung, nimmt aber seine ursprüngliche Form wieder an, sobald die Belastung aufhört.
• Plastische Verformung: Das Material verformt sich unter Belastung und kehrt nicht in seine ursprüngliche Form zurück, wenn die Belastung beendet wird.
• Bruch (Spröde Verformung): Das Material verliert seinen inneren Zusammenhalt und bricht.

Veränderungen im Gesteinsverhalten

Bei hohen Temperaturen und in Gegenwart von Wasser können Gesteine ein plastisches Verhalten zeigen.

Messung von Gesteinsspannungen und -orientierung

• Streichen (Richtung): Der Winkel zwischen der horizontalen Schichtfläche und der Nordrichtung. Wird üblicherweise im Uhrzeigersinn gemessen.
• Einfallen (Buzamiento): Der Winkel zwischen der Schicht und einer horizontalen Ebene. Die Richtung des Einfallens muss angegeben werden.

Falten (Faltung)

Falten sind wellenförmige Verformungen von Gesteinsschichten, die entstehen, wenn Gesteine unter kompressiven Spannungen plastisches Verhalten zeigen.

Elemente einer Falte

• Axialebene (Plano axiale): Eine Ebene, die die Falte so symmetrisch wie möglich in zwei Hälften teilt.
• Faltenscharnier (Charnela): Der Bereich der Falte mit der maximalen Krümmung.
• Faltenachse (Axis of fold): Die Schnittlinie der Axialebene mit dem Faltenscharnier.
• Schenkel (Limbs): Die Gesteinsmaterialien, die sich auf beiden Seiten des Scharniers befinden.
• Kern: Die innere Zone einer Falte.

Typen von Falten

Nach Alter der Gesteine im Kern

• Antikline: Falte, deren Kern aus älteren Materialien besteht.
• Synkline: Falte, deren Kern aus jüngeren Materialien besteht.

Nach Position der Axialebene

• Aufrecht (Recto): Die Axialebene fällt mit etwa 90 Grad ein.
• Geneigt (Tilt): Die Axialebene fällt zwischen 85° und 10° ein.
• Liegend (Lie): Die Axialebene fällt mit weniger als 10° ein.
• Überkippt (Inverted): Die Axialebene ist um mehr als 90 Grad gedreht (hängend).

Nach Symmetrie

• Symmetrisch: Die Axialebene teilt die Falte in zwei annähernd symmetrische Hälften.
• Asymmetrisch: Die Axialebene teilt die Falte in zwei ungleiche Hälften.

Faltenverbände (Großstrukturen)

• Antiklinorium: Eine Ansammlung gefalteter Schichten, die insgesamt die Form einer großen Antikline bildet.
• Synklinorium (Hauptmulde): Eine Ansammlung gefalteter Schichten, die insgesamt die Form einer großen Synkline bildet.

Diaklasen (Klüfte)

Diaklasen sind Brüche im Gestein, bei denen die Gesteinsblöcke keine oder nur minimale relative Bewegung zueinander erfahren haben. Sie können sich erweitern und Risse bilden, während das umgebende Gestein gedehnt wird. Diaklasen treten oft gruppiert auf und bilden Kluftsysteme.

Verwerfungen (Störungen)

Verwerfungen sind Brüche, bei denen ein Gesteinsblock relativ zu einem anderen verschoben wurde.

Elemente einer Verwerfung

• Verwerfungsfläche: Die Bruchfläche.
• Verwerfungslippen (Blöcke): Die beiden Blöcke, in die das Gestein durch die Verwerfung geteilt wurde. Da die Blöcke unterschiedliche Höhen aufweisen, spricht man von einem abgesenkten und einem angehobenen Block.
• Sprunghöhe (Salto failure): Das Maß der relativen Verschiebung, die stattgefunden hat.
• Orientierung der Verwerfung: Die Richtung und Neigung der Bruchfläche.

Typen von Verwerfungen

• Normalverwerfung (Abschiebung): Die Verwerfungsfläche taucht zum abgesenkten Block hin ein. Sie entsteht durch Zugspannungen und führt zu einer Vergrößerung der Bodenoberfläche.
• Aufschiebung (Reverse Fehler): Die Verwerfungsfläche taucht zum angehobenen Block hin ein. Sie entsteht durch Druckspannungen und führt zu einer Verkleinerung der Erdoberfläche.
• Blattverschiebung (Strike-Slip/Reißen): Die relative Verschiebung der Blöcke erfolgt horizontal.

Deckenüberschiebung (Thrust Decken)

Bei einigen Aufschiebungen mit geringem Einfallen überlappt der angehobene Block den abgesenkten Block und kann dabei Dutzende von Kilometern zurücklegen.

Verwerfungsverbände

• Graben: Ein abgesenkter Block, der von zwei parallelen Verwerfungen begrenzt wird.
• Horst: Ein angehobener Block, der von zwei parallelen Verwerfungen auf jeder Seite begrenzt wird.

Orogenese (Gebirgsbildung)

Eine der bedeutendsten Folgen der Bewegung von Lithosphärenplatten ist die Orogenese (Gebirgsbildung). Gebirge wie die Pyrenäen, der Himalaya oder die Anden sind als Orogene oder Faltengebirge bekannt.

Prozesse der Gebirgsbildung

Akkretionsprisma

Der Großteil der Sedimente, die von der ozeanischen Lithosphäre transportiert werden, subduziert nicht. Diese kontinentalen Sedimente werden gestapelt, gefaltet und gebrochen und bilden das Akkretionsprisma.

Magmatismus und Metamorphose

Die Anwesenheit von Wasser in der subduzierten Lithosphäre und die Hitze führen zum teilweisen Aufschmelzen der Gesteine, wodurch Magma entsteht. Dieses Magma steigt auf. Ein Teil davon erreicht die Oberfläche, während der Rest im Inneren verbleibt und zur Verdickung der kontinentalen Kruste beiträgt.

Hebung des Orogens (Meereshöhe)

Die Hebung erfolgt durch zwei Hauptprozesse:

• Verdickung der kontinentalen Kruste: Durch die Akkumulation von Sedimentmaterial.
• Isostatische Hebung: Eine Verdickung der Kruste führt dazu, dass diese Materialien, die weniger dicht sind als der Mantel, aufschwimmen.

Typen von Orogenen

• Interior (Intrakontinental): Himalaya und Alpen.
• Borde (Randgebirge): Rocky Mountains und Anden.

Kontinentale Kollisionsprozesse

Die Kollision erfolgt typischerweise in dieser Reihenfolge: Ozeanische Subduktion, Schließung des Ozeanbeckens und schließlich kontinentale Kollision.

Interne und Externe Geologische Prozesse

• Interne Geologische Prozesse: Entstehen durch die thermische Energie im Erdinneren, unterstützt durch die Schwerkraft.
• Externe Geologische Prozesse: Entstehen durch Solarenergie, unterstützt durch die Schwerkraft.

Gegenseitige Beeinflussung (Interaktion)

1. Erhöhung des Reliefs: Interne Prozesse schaffen Höhenunterschiede (Relief), was die Erosionsprozesse (externe Prozesse) verstärkt, da die Erosion in höheren Lagen intensiver ist als in niedrigeren.
2. Klimawandel: Die Verschiebung oder Annäherung eines Kontinents an den Äquator führt zu Klimaveränderungen.
3. Atmosphärische Dynamik: Intensive vulkanische Aktivität (intern) verändert die Zusammensetzung und Dynamik der Atmosphäre (extern).

Gestaltung des Reliefs

Das Relief jeder Zone ist das Ergebnis der komplexen Wechselwirkung zwischen internen und externen geologischen Prozessen.