TU Dresden / Institut für Geotechnik Fachbereich Angewandte Geologie Abschnitt 2 Vorlesungsmaterial Allgemeine Geologie Seite 2-1 Bau des Erdkörpers ALLGEMEINE DATEN ZUM ERDKÖRPER Erdoberfläche gesamt davon (derzeit) vom Ozean bedeckt Volumen der Erde Masse der Erde Mittlere Dichte Mittlere Dichte oberflächennah Erdradius Äquator 510 · 106 km2 70,85 % 1,083 · 1012 km3 5,98 · 1024 t 5,52 g/cm3 2,7 g/cm3 6378,26 km (nach Richter 1992) GESTALT DER ERDOBERFÄCHE Hypsographische Kurve der Erdoberfläche [2.1] Die Kurve gibt einen Überblick über die Flächenanteile geologischer Großstrukturen der Erde. Kontinentalplattform bis -200 m u. NN Kontinentalhang bis -4.000 m u. NN Tiefseeböden bis - 5.750 m u. NN Tiefseegräben /-rinnen bis -11.034m u. NN SCHALENBAU DES ERDKÖRPERS Schematischer Schalenbau des Erdkörpers i. e. S. mit Erdkruste, Erdmantel und Erdkern [2.2] Als äußerste „Schalen“ können die (hier nicht dargestellte) Atmosphäre und die Hydrosphäre (Wasserhülle, blau) angesehen werden. Der Schalenbau der Erde ist das Ergebnis von Differenzierungsprozessen bei der Entstehung des Erdkörpers (seit ca. 4,6 Mrd. Jahren). Skript nur zum persönlichen und privaten Gebrauch im Rahmen der Lehrveranstaltung! TU Dresden / Institut für Geotechnik Fachbereich Angewandte Geologie Vorlesungsmaterial Allgemeine Geologie Seite 2-2 ERFORSCHUNG DES ERDINNEREN Direkte Erkundung: Bohrungen, Bergbau Bergbau / Schächte: - Südafrika (Gold) - Deutschland (Uran) Bohrungen: - Kola (Forschungsbohrung) - Oklahoma (Erdgasbohrung) - KTB (Forschungsbohrung) - Zistersdorf (Österreich., Erdgasbohrung) - Mirow 1 (Erdölbohrung) * Anteil am Erdradius (ca. 6.400 km): > 3000 m ca. 2000 m 12260 m * 9583 m 9101 m 8553 m 8009 m 1/500 Auch bei Gebirgsbildungsprozessen „exhumierte“ Bereiche der tiefen Kruste oder des oberen Erdmantels können der direkte Erkundung zugänglich sein. Indirekte Erkundung Erkundung des Aufbaues des Erdinneren durch geophysikalische Methoden Verlauf der Erdbebenwellen in der Erde und Laufzeit-Diagramme (Seismogramme) [2.1] Vereinfachte Übersicht zur Schalen-Gliederung des Erdinneren (nach Richter 1992) Schale Erdkruste: Obere Kruste Conrad-Diskontinuität Untere Kruste Mohorovičić-Diskontinuität (Moho) Erdmantel: Oberer Mantel Unterer Mantel Wiechert-Gutenberg-Diskontinuität Erdkern: Äußerer Kern Innerer Kern Tiefe* [km] Dichte [g/cm³] Temperatur [°C] durchschnittliche chemische Zusammensetzung bis 30 30 bis 50 50 2,7 670 - 740 3,0 1000 Basalt / Gabbro (basische Gesteine) bis 400 b. 2900 b. 2900 3,3-4,6 5,7 1400 2500 Peridotit / Eklogit (ultrabasische Gesteine), Sulfide b. 5100 9,4 11-13,5 2500-3000 3000-5000 flüssigkeitsähnlich HP-Minerale oder Ni / Fe Kontinent: Granit / Gneis (saure Gest.) * im Durchschnitt Skript nur zum persönlichen und privaten Gebrauch im Rahmen der Lehrveranstaltung! TU Dresden / Institut für Geotechnik Fachbereich Angewandte Geologie Vorlesungsmaterial Allgemeine Geologie Seite 2-3 LITHOSPHÄRE UND ASTHENOSPHÄRE Die Lithosphäre (gr. lithos = Stein; sphaira = Kugel) Die Asthenosphäre (gr. a - sthenos = ohne Festigkeit) umfasst die festen Teile der Erdkruste und des oberen Erdmantels und besteht aus Gesteinen unterschiedlicher Zusammensetzung. Sie reicht zwischen 25 und 100 km tief. ist der unterhalb der Lithosphäre anschließende Teil des oberen Erdmantels, der sich in einem quasiflüssigen, plastischen Zustand befindet („low velocity zone“ bezüglich seismischer Wellen). Die Asthenosphäre wird stofflich als Mischung aus ultrabasischen Gesteinen (Peridotiten; 3 Teile) und geringen Anteilen von Basalt (1 Teil) angesehen, der im partiell aufgeschmolzenen Zustand ist. (grob schematisch, Profil stark überhöht, nach Stanley 2001 und Richter 1992) Prinzip der Isostasie: Im Bereich der verdickten kontinentalen Kruste „tauchen“ die auf der Asthenosphäre „schwimmenden“ Krustenbereiche tiefer in die Asthenosphäre ein. Eine Reduzierung der Krustenmächtigkeit führt zu vertikalen Auftriebsbewegungen. Die Lithosphäre ist in große Lithosphärenplatten zerlegt, die sich horizontal bewegen. Dieser Vorgang (Plattentektonik) wird angetrieben von Konvektionsströmen in der flüssigkeitsähnlichen Asthenosphäre. Dabei kann ozeanische Kruste an Plattengrenzen „verschluckt“ (subduziert) werden, Kollisionen von Platten führen zur Auffaltung von Gebirgen. Plattenränder sind oft seismisch aktiv (Erdbeben!). [2.3] Skript nur zum persönlichen und privaten Gebrauch im Rahmen der Lehrveranstaltung! TU Dresden / Institut für Geotechnik Fachbereich Angewandte Geologie Vorlesungsmaterial Allgemeine Geologie Seite 2-4 GEOTHERMISCHE TIEFENSTUFE / GEOTHERMISCHER GRADIENT „Gesetzmäßige" Erhöhung der Temperatur in der Erdkruste zur Tiefe hin, Tiefenstufe in Meter / 1 °C Erwärmung; geothermischer Gradient ⇒ reziproker Wert [°C / km] Mittelwert im Kontinentbereich: 33 m / 1 °C bzw. 30 °C / km Möglicher Wertebereich: Südafrika, Kanada (alte Schilde) Gebiete mit jungem Vulkanismus, z.B. Toskana 125 m / 1°C (8 °C / km) 11 m / 1 °C (90 °C / km) Oberpfalz, Tiefbohrung. KTB (9000 m; 270 °C) ca. 33 m / 1 °C (30 °C / km) Literatur BAHLBURG, H. & BREITKREUZ, C.: Grundlagen der Geologie. Stuttgart 1998 RICHTER, D.: Allgemeine Geologie. Berlin, New York, 4. Aufl. 1992 STANLEY, S.: Historische Geologie. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin 2005 Bildquellen [2.1] RICHTER, D.: Allgemeine Geologie. Berlin, New York, 4. Aufl. 1992 [2.2] Internet: www2.klett.de (März 2013) [2.3] Internet: commons.wikimedia.org/wiki/File: Tectonic_plates_de.png (März 2013) Skript nur zum persönlichen und privaten Gebrauch im Rahmen der Lehrveranstaltung!