Geologie

Wie wir gerade gelernt haben, ist die Erdkruste ständig Kräften ausgesetzt, die sie drücken, ziehen oder verdrehen. Diese Kräfte werden als Spannungen bezeichnet. Als Reaktion auf die Beanspruchung wird das Gestein der Erde verformt, auch Deformation genannt.

Die Verformung ist eine Veränderung des Volumens oder der Form.

Es gibt vier allgemeine Arten von Beanspruchung. Eine Art von Spannung ist gleichmäßig, d.h. die Kraft wirkt gleichmäßig auf alle Seiten eines Gesteinskörpers. Die anderen drei Spannungsarten, Spannung, Kompression und Scherung, sind ungleichmäßige oder gerichtete Spannungen. Alle Gesteine in der Erde unterliegen zu jeder Zeit einer gleichmäßigen Spannung. Diese gleichmäßige Spannung wird als lithostatischer Druck bezeichnet und ergibt sich aus dem Gewicht des Gesteins über einem bestimmten Punkt der Erde. Der lithostatische Druck wird auch als hydrostatischer Druck bezeichnet. (Zum lithostatischen Druck gehört auch das Gewicht der Atmosphäre und, falls er sich unter einem Ozean oder See befindet, das Gewicht der Wassersäule über diesem Punkt der Erde. Verglichen mit dem Druck, der durch das Gewicht des darüber liegenden Gesteins verursacht wird, ist der Druck, der durch das Gewicht von Wasser und Luft über einem Gestein entsteht, jedoch vernachlässigbar, außer an der Erdoberfläche). Der lithostatische Druck auf ein Gestein kann sich nur ändern, wenn sich die Tiefe des Gesteins im Erdinneren ändert; da der lithostatische Druck eine gleichmäßige Spannung ist, führt eine Änderung des lithostatischen Drucks nicht zu Brüchen und zum Abrutschen entlang von Verwerfungen. Dennoch kann er die Ursache für bestimmte Arten von Erdbeben sein. Bei subduzierenden tektonischen Platten kann der erhöhte Druck in größerer Tiefe im Erdinneren dazu führen, dass sich die Mineralien in der Platte spontan in neue, dichtere Mineralien umwandeln, die unter dem höheren Druck stabil sind. Man nimmt an, dass dies die wahrscheinliche Ursache für bestimmte Arten von Tiefenbeben in Subduktionszonen ist, einschließlich der tiefsten jemals aufgezeichneten Erdbeben.

Felsen sind auch den drei Arten von gerichteter (ungleichmäßiger) Spannung ausgesetzt – Spannung, Kompression und Scherung.

• Spannung ist eine gerichtete (ungleichmäßige) Spannung, die Felsen in entgegengesetzte Richtungen auseinander zieht. Die Zugkräfte (auch Dehnungskräfte genannt) ziehen voneinander weg.
• Kompression ist eine gerichtete (ungleichmäßige) Spannung, die Gestein zusammenschiebt. Die Kompressionskräfte drücken aufeinander zu.
• Scherung ist eine gerichtete (ungleichmäßige) Spannung, die eine Seite eines Gesteinskörpers in eine Richtung drückt und die gegenüberliegende Seite des Gesteinskörpers in die entgegengesetzte Richtung. Die Scherkräfte drücken in entgegengesetzte Richtungen.

Als Reaktion auf die Belastung kann das Gestein drei verschiedenen Arten von Dehnungen unterliegen – elastische Dehnungen, duktile Dehnungen oder Bruch.

• Elastische Dehnungen sind reversibel. Ein Gestein, das nur einer elastischen Dehnung unterworfen war, kehrt in seine ursprüngliche Form zurück, wenn die Spannung nachlässt.
• Duktile Dehnung ist irreversibel. Ein Gestein, das einer duktilen Dehnung unterworfen wurde, bleibt verformt, auch wenn die Spannung aufhört. Ein anderer Begriff für duktile Dehnung ist plastische Verformung.
• Bruch wird auch als Ruptur bezeichnet. Ein Gestein, das gebrochen ist, ist abrupt in verschiedene Teile zerbrochen. Wenn die Teile gegeneinander versetzt sind, ist der Bruch eine Verwerfung.

Duktile und spröde Dehnung

Gesteine der Erde bestehen aus einer Vielzahl von Mineralien und sind unter verschiedenen Bedingungen vorhanden. In verschiedenen Situationen können sich Gesteine entweder als duktile Materialien verhalten, die als Reaktion auf eine Belastung eine große Menge an duktiler Dehnung erfahren können, oder als spröde Materialien, die nur eine geringe oder keine duktile Dehnung erfahren, bevor sie brechen. Zu den Faktoren, die bestimmen, ob ein Gestein duktil oder spröde ist, gehören:

• Zusammensetzung: Einige Minerale, wie z. B. Quarz, sind eher spröde und brechen daher eher unter Belastung. Andere Minerale, wie Calcit, Ton und Glimmer, sind eher duktil und können sich stark plastisch verformen. Darüber hinaus macht das Vorhandensein von Wasser im Gestein dieses tendenziell duktiler und weniger spröde.
• Temperatur – Gesteine werden bei höheren Temperaturen weicher (duktiler). Gesteine bei Mantel- und Kerntemperaturen sind duktil und zerbrechen nicht unter den Spannungen, die tief im Erdinneren auftreten. Die Kruste und bis zu einem gewissen Grad auch die Lithosphäre sind kalt genug, um zu zerbrechen, wenn die Spannung hoch genug ist.
• Lithostatischer Druck – Je tiefer ein Gestein in der Erde liegt, desto höher ist der lithostatische Druck, dem es ausgesetzt ist. Ein hoher lithostatischer Druck verringert die Möglichkeit von Brüchen, weil der hohe Druck Brüche schließt, bevor sie sich bilden oder ausbreiten können. Der hohe lithostatische Druck im sublithosphärischen Erdmantel und im festen Erdkern ist zusammen mit den hohen Temperaturen der Grund dafür, dass es in der Tiefe der Erde keine Erdbeben gibt.
• Dehnungsgeschwindigkeit – Je schneller ein Gestein belastet wird, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es bricht. Selbst spröde Gesteine und Mineralien wie Quarz oder eine kalte Basaltschicht an der Erdoberfläche können sich duktil verformen, wenn die Dehnungsrate langsam genug ist.

Die meisten Erdbeben finden in der Erdkruste statt. Eine kleinere Anzahl von Erdbeben ereignet sich im obersten Erdmantel (bis etwa 700 km Tiefe), wo Subduktion stattfindet. Das Gestein in den tieferen Teilen der Erde wird nicht zerbrochen und erzeugt keine Erdbeben, da die Temperaturen und der Druck dort hoch genug sind, um alle Verformungen zu verformen. Unterhalb des oberen Erdmantels entstehen keine Erdbeben.

Spannung und Verwerfungstypen

Die folgenden Zusammenhänge können zwischen den Spannungsarten in der Erde und der Art der Verwerfung, die wahrscheinlich entsteht, hergestellt werden:

• Spannung führt zu normalen Verwerfungen.
• Kompression führt zu Umkehr- oder Schubverwerfungen.
• Horizontale Scherung führt zu Streichverwerfungen.

Korrelationen zwischen Spannungsart und Verwerfungsart können Ausnahmen aufweisen. So sind in Zonen mit horizontaler Spannung wahrscheinlich Streichenverwerfungen der vorherrschende Verwerfungstyp. Allerdings kann es in solchen Zonen auch aktive Normal- und Schubverwerfungen geben, insbesondere dort, wo es Biegungen oder Lücken in den Hauptschubverwerfungen gibt.

Um ein weiteres Beispiel zu nennen: In einer Region mit Druckspannung in der Kruste, in der Gesteinsschichten auf aktiven Schubverwerfungen gestapelt sind, sind einige der Schubverwerfungen häufig durch Schubverwerfungen miteinander verbunden.

Beitrag leisten!

Verbessern Sie diese SeiteLernen Sie mehr