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Vorlesung Allgemeine Geologie SS 2005 Mo, Di, Mi 8.15 – 9.00 Uhr Prof. Dr. E. Wallbrecher Teil 17 Die Strukturgeologie umfaßt: Deformation Transport von Lithosphärenteilen Rotation Der Bertachtungsbereich geht vom Kristallgitter bis zur Lithosphärenplatte Jedes Lithosphärenstück ist Kräften ausgesetzt, die verschieben, verdrehen, deformieren. Ursachen global (z.B. Plattenbewegung) lokal (z.B. Bergstrurz) Material reagiert mit Deformation oder Bruch Translation Rotation Deformation kann sein: vorübergehend: elastische Deformation permanent: viskoses Fließen plastische Deformation Bruch Gefüge (Kristallgitter bis Lithosphärenmaßstab) Mylonit (Rodl-Störung) Wissenbacher Schiefer, Harz Kalkschiefer (Platania, Pilion) Anti-Atlas, Marokko Gefügeelemente Gefügeelemente können sein: penetrativ nicht penetrativ Kräfte: 1)Körperkräfte (z.B. Gravitation) 2)Flächenkräfte (z.B. Spannung) Kräfte und Spannungen F mb Kraft: Spannung: F A Deformationspfade 3 Ma 2 Ma 1 Ma 0 Ma Deformationspfad datierter Deformationspfad Indikatoren (marker) für finite Deformation z.B. Fossilien t0 t1 Undeformierter Trilobit Deformierter Trilobit z.B. SedimentStrukturen Undeformierter Oolith Deformierter Oolith Gravitation und lithostatischer Druck H A Gravitation: F = m g; g = 9.81 m/sec2 F = r V g; r = spez. Gewicht, V= Volumen F =r HAg lithostatischer Druck: lith = F/A = r g H Flächenkräfte: 1) kompressiv F A 2) dehnend F A Wenn keine Translation oder Rotation erfolgen soll: FAB A FAB = - FBA B FBA Zerlegung von Kräften: F = Fn + Fs F Fn Normalkraft A Fs Scherkraft Vorzeichen-Vereinbarung für Scherkräfte: Positiv: Sinistral Negativ: dextral Zerlegung von Spannungen: Spannungsvektoren können genauso wie Kraftvektoren zerlegt werden: n + s n Normalspannung A s Scherspannung Für Vorzeichen gilt das gleiche wie für Kräfte Spannungszustand in einem Punkt Wir denken uns unendlich viele Flächen, die alle durch einen Punkt P gehen. Auf jede Fläche wirkt ein Spannungsvektor. 2AB B 1AB A A B Fläche 2 1BA Spannungs-Ellipsoid 2BA Fläche1 Das Spannungs-Ellipsoid Hauptnormalspannungen 3 2 1 Die Spannungen in Richtung der Achsen des Ellipsoides werden als HauptnormalSpannungen (principal stresses) bezeichnet. In diesen Richtungen sind die Scherspannungen null. 1 > 2 > 3 Umrechnungen 1 mbar = 102 Pa = 1 Hektopascal 1 bar = 105 Pa 1 kbar = 108 Pa = 100 Mpa 1 Mpa = 106 Pa = 10 bar 1 Gpa = 109 Pa = 10 kbar Spannungsfelder und –trajektorien 1 1.) reine Gravitation ohne tektonische Spannungen: yy W E 3 1km Granit zz Koordinaten: x nach N y nach E z nach unten rGranit zz r g h g 3 kg 2.72 3 2.72 10 3 cm m kg m m 2.72 10 9.81 1000 3 m sec 2 3 = 26.7 MPa Nach Means, 1976 Spannungsfelder und –trajektorien 2 Spannungen in xx und yy: Bei isotropem Material gilt: xx = yy: Elastizität: Poissonsche Zahl (n) xx yy Nach Means, 1976 n 1 n nGranit = 0.25 r g h 1 26.7 3 8.9MPa Spannungen in einem Profil 10 20 30 MPa Spannungsgradienten xx =yy zz 1 zz = 1 km Spannungstrajektorien Ähnliche RotationsEllipsoide Nach Means, 1976 xx = yy = 1 Tektonische Spannungen W yy 10 E yy 3 1km Granit 20 xx =yy 10 MPa 30 MPa isotrope Lage zz zz 1 Spannungstrajektorien km 1.) zz = 2; yy = 1; xx = 3 isotrope Lage 2.)isotrop: yy = zz = 1 2 3.) zz = 1; yy= 2; xx = 3 Nach Means, 1976 Beispiele für Spannungstrajektorien Spannungstrajektorien an einem kreisförmigen Hohlraum Umgezeichnet nach Means, 1976