Physikalische Geologie

Ein Gesteinskörper, der spröde ist – entweder wegen seiner Kälte oder wegen seiner Zusammensetzung oder wegen beidem – bricht eher, als dass er sich faltet, wenn er einer Belastung ausgesetzt wird, und das Ergebnis sind Brüche oder Verwerfungen.

Brüche treten häufig in oberflächennahen Gesteinen auf, entweder in vulkanischen Gesteinen, die beim Abkühlen geschrumpft sind (Abbildung 12.4a) oder in anderen Gesteinen, die durch Erosion freigelegt wurden und sich ausgedehnt haben (Abbildung 12.9).

Ein Riss in einem Gestein wird auch als Fuge bezeichnet. Das Gestein bewegt sich auf beiden Seiten einer Fuge nicht von Seite zu Seite. Die meisten Fugen bilden sich dort, wo sich ein Gesteinskörper aufgrund eines verminderten Drucks ausdehnt, wie die beiden Beispiele in Abbildung 12.9 zeigen, oder wo sich das Gestein selbst zusammenzieht, der Gesteinskörper aber gleich groß bleibt (das abkühlende vulkanische Gestein in Abbildung 12.4a). In all diesen Fällen herrscht ein Druckregime, bei dem es sich um Spannung und nicht um Kompression handelt. Fugen können sich auch dort bilden, wo Gestein gefaltet wird, denn während die Faltung typischerweise unter Druck erfolgt, können einige Teile der Falte unter Spannung stehen (Abbildung 12.10).

Schließlich können sich Fugen auch bilden, wenn das Gestein unter Druck steht, wie in Abbildung 12.11 dargestellt, wo eine unterschiedliche Spannung auf das Gestein einwirkt und sich die Fugen in einem Winkel zu den Druckrichtungen bilden.

Verwerfungen

Eine Verwerfung ist eine Grenze zwischen zwei Gesteinskörpern, entlang derer eine relative Bewegung stattgefunden hat (Abbildung 12.4d). Wie wir in Kapitel 11 besprochen haben, geht es bei einem Erdbeben darum, dass ein Gesteinskörper an einem anderen vorbeigleitet. Erdbeben ereignen sich nicht notwendigerweise auf bestehenden Verwerfungen, aber sobald ein Erdbeben stattfindet, ist eine Verwerfung im Gestein an diesem Ort vorhanden. Einige große Verwerfungen, wie die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien oder die Tintina-Verwerfung, die sich von Nord-BC über den zentralen Yukon bis nach Alaska erstreckt, weisen Hunderte von Kilometern an Bewegung auf, während andere weniger als einen Millimeter erkennen lassen. Um das Ausmaß der Bewegung auf einer Verwerfung abzuschätzen, müssen wir ein geologisches Merkmal finden, das auf beiden Seiten zu sehen ist und versetzt wurde (Abbildung 12.12).

Es gibt verschiedene Arten von Verwerfungen, wie in Abbildung 12.13 dargestellt, und sie entwickeln sich unter unterschiedlichen Spannungsbedingungen. Die Begriffe „Hangende Wand“ und „Fußwand“ in den Diagrammen beziehen sich auf Situationen, in denen die Verwerfung nicht vertikal verläuft. Der Gesteinskörper oberhalb der Verwerfung wird als Hangende Wand und der Gesteinskörper darunter als Fußwand bezeichnet. Wenn sich die Verwerfung unter Druck entwickelt, handelt es sich um eine umgekehrte Verwerfung, da der Druck die hängende Wand relativ zur Fußwand nach oben drückt. Entwickelt sich die Verwerfung unter Dehnung, handelt es sich um eine normale Verwerfung, da die Dehnung ein Abgleiten der hängenden Wand im Verhältnis zum Fußwall als Reaktion auf die Schwerkraft ermöglicht.

Die dritte Situation ist die, in der die Gesteinskörper seitlich zueinander gleiten, wie es bei einer Transformstörung der Fall ist (siehe Kapitel 10). Man spricht von einer Streichen-Schlupf-Verwerfung, weil die Verschiebung entlang des „Streichens“ oder der Länge der Verwerfung erfolgt. Wie bereits erwähnt, kann die Richtung der Bewegung rechtsseitig sein (die andere Seite bewegt sich nach rechts), wie in den Abbildungen 12.12 und 12.13, oder linksseitig (die andere Seite bewegt sich nach links). Transformverwerfungen sind Streichverwerfungen.

In Gebieten, die durch Dehnungstektonik gekennzeichnet sind, ist es nicht ungewöhnlich, dass sich ein Teil der oberen Kruste gegenüber den benachbarten Teilen absenkt. Dies ist typisch für Gebiete mit kontinentalem Rifting wie den Großen Grabenbruch in Ostafrika oder in Teilen Islands, kommt aber auch anderswo vor. In solchen Situationen wird ein abgesenkter Block als Graben bezeichnet, während ein benachbarter Block, der sich nicht absenkt, als Horst bezeichnet wird (Abbildung 12.14). Im Basin-and-Range-Gebiet im Westen der Vereinigten Staaten, insbesondere in Nevada, gibt es viele Horste und Gräben. Ein Teil der Region Fraser Valley in B.C., in der Gegend um Sumas Prairie, ist ein Graben.

Eine besondere Art von Umkehrverwerfung mit einer sehr gering geneigten Verwerfungsebene wird als Schubverwerfung bezeichnet. Schubverwerfungen sind relativ häufig in Gebieten anzutreffen, in denen Faltengebirge durch die Kollision von Kontinent und Erde entstanden sind. In einigen Fällen handelt es sich um Dutzende von Kilometern lange Überschiebungen, bei denen dicke Schichten von Sedimentgestein nach oben und über anderes Gestein geschoben wurden (Abbildung 12.15).

In den Rocky Mountains gibt es zahlreiche Überschiebungsstörungen, und ein bekanntes Beispiel ist die McConnell-Überschiebung, entlang derer eine etwa 800 m dicke Abfolge von Sedimentgestein über eine Strecke von etwa 40 km von Westen nach Osten geschoben wurde (Abbildung 12.16). Das Alter der übergeschobenen Gesteine reicht vom Kambrium bis zur Kreidezeit, so dass in der Gegend um Mt. Yamnuska Gestein aus dem Kambrium (ca. 500 Ma) übergeschoben wurde und nun auf Gestein aus der Kreidezeit (ca. 75 Ma) liegt (Abbildung 12.17).