Einführung in die Geologie Inhalt

Einführung in die Geologie
Teil 11: Deformationsstrukturen
(Falten- und Bruchtektonik)
Prof. Dr. Rolf Bracke
Hochschule Bochum
International Geothermal Centre
Lennershofstraße 140
44801 Bochum
Inhalt
•
•
•
•
•
•
•
•
Tektonische Bewegungen
Erscheinungsformen der Gesteinsdeformation
Streichen und Fallen von Gesteinsschichten
Ursachen und Arten der Deformation
Faltung oder Bruch des Gesteins
Faltung und Faltenformen
Bruchtektonik
Rekonstruktion der geologischen / tektonischen
Entwicklung aus heutiger Erscheinungsform
• Deformation der kontinentalen Kruste / Orogenese
Einführung
Tektonik beschäftigt sich mit dem Bau der Erdkruste
• Spannungsfelder im Untergrund
– Globale Plattenbewegungen (besonders stark ausgeprägt
an Plattengrenzen aber auch innerhalb der Platten)
– Lokale Ursachen (z.B. Salzbewegung)
• Formen tektonischer Bewegung
– Verschiebung (Translation)
– Drehung (Rotation)
– Verformung (Deformation)
Erscheinungsformen der Gesteinsdeformation
Faltung
Bruch
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Erscheinungsformen der Gesteinsdeformation
• Sedimente und Vulkanite werden zumeist in horizontalen
Lagen abgelagert
• Falten und Brüche führen zu veränderten Raumlage und
Deformation der Gesteinsschichten
• Rekonstruierung der Geschichte der Gesteine aus der Art
der Deformation
• Zur Ermittlung der Deformationsstruktur wird in
Geländeaufschlüssen die räumliche Orientierung der
einzelnen Schichtenfolgen ermittelt.
– Einfallrichtung
– Streichrichtung
Streichen und Fallen von Gesteinsschichten
Streichen der Schicht
• Richtung der Schnittlinie einer
Gesteinsschicht, gemessen
als Winkel gegen Nord
Fallen einer Schicht
• gemessen im rechten Winkel
zum Streichen
• ist der Betrag der Verkippung,
d.h. der Winkel, um den die
Schicht gegen die Horizontale
geneigt ist
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Streichen und Fallen von Gesteinsschichten
Schicht streicht nach Westen und fällt mit 45° nach Süden ein
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Konstruktion einer geologischen Karte
• Erstellung geologischer Schnitte aus
Geländekartierung
• Aufnahme von Daten wie Gesteinsart,
Mächtigkeit, Geländehöhe, Streichund Fallwerte
• Projizierung des Schichtenverlaufs
unter die Erdoberfläche
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Ursachen und Arten der Deformation
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Faktoren für Faltung oder Bruch des
Gesteins
• Sprödes oder duktiles Deformationsmusters der Gesteine
– sprödes Material: kaum Veränderung bei zunehmender Kraft bis
es plötzlich bricht o Bruch
– duktiles (verformbares) Material: kontinuierliche plastische
Deformation infolge zunehmender Kraft o Faltung
– ein Gestein kann an der Erdoberfläche spröde sein,
in der Tiefe aber duktil
– Gesteine der oberen kontinentale Kruste: i.d.R. sprödes Verhalten
(Ausnahme junge nicht so stark verfestigte Sedimente)
– Gesteine der unteren kontinentalen Kruste: duktiles Verhalten
– Nachweis durch Laborversuche an Gesteinsproben mit vergleichbaren Temperatur- und Druckbedingungen wie in der Erdkruste
Laborversuch an Marmor
• Sprödes Verhalten in der oberflächennahen Erdkruste
• Duktiles Verhalten in der tiefen Erdkruste
a) nicht deformiert
b) deformiert (oberflächennah
c) deformiert (tiefe Erdkruste)
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
• Plastische Gesteinsdeformation
Fotos: BGR
Deformation durch Faltung
• Verbiegung einer ursprünglich ebenen Struktur
• durch horizontale oder vertikal wirkende
Kompressionskräfte
(z.B. Blatt Papier wölbt sich auf zu Falte, wenn es
zusammengeschoben oder von unten hoch gedrückt wird)
• häufig in geschichteten Gesteinen insbesondere in
Gebirgszonen
• Ausmaß der Faltung abhängig von Zeitdauer der
Krafteinwirkung und Widerstand der Gesteinsschichten
Faltenformen (Sattel/Mulde)
Sattel /Antiklinale = Aufwölbung
im Zentrum des Sattels sind stets die ältesten Gesteine aufgeschlossen
Mulde / Synklinale = Einwölbung
im Zentrum der Mulde lagern die jüngsten Schichten
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Faltenformen (Rückschlüsse aus
oberflächigen Geländebeobachtungen)
• oft nur unvollständiges Bild
Abb. Erodierte Reste einer Mulde
– Gestein ist durch Boden /
Gesteinsschutt verdeckt
– Erosion hat bereits Teile der
Faltenstruktur beseitigt
• Sattel erkennbar an Streifen älterer
Gesteine im Kern mit beidseitig
jüngeren, vom Kern weg
eingefallene Gesteine
• Mulde erkennbar an Kern jüngerer
Gesteine mit beidseitig älteren, auf
den Muldenkern eingefallene
Gesteine
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Faltenformen (Flanken und Achsen)
• Faltenflanken: Seiten einer Falte
• Faltenachsen: Schnittlinie durch das Zentrum des
Sattels bzw. Mulde
a) horizontale Achse
b) abtauchende
(geneigte) Achse
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Faltenformen (Verkippung von Falten)
Unterschiedliche Lage der Achsenfläche
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Faltenformen (Überkippung)
Überkippte Falten
• eine Flanke wird über die
Senkrechte hinaus verkippt
• beide Flanken fallen in
dieselbe Richtung ein
• Abfolge der Schichten ist
auf einer Flanke genau
umgekehrt wie ursprünglich
• ältere liegen auf jüngeren
Schichten
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Faltenformen
Ringförmige Faltenstrukturen
• Dom: runde oder ovale Aufwölbung
• Becken: schüsselförmige Einsenkung
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Bruchtektonik (Klüfte)
• Kleinere Brüche, an deren
Trennfläche keine oder nur
unwesentliche Bewegung
erkennbar ist (wenige mm bis m
Länge)
• an fehlerhaften Stellen oder
Schwachstellen des Gesteins
durch lokale tektonische Kräfte
• Klüfte schaffen Wege, auf
denen Wasser und Luft tief in
das Gebirge eindringen können
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Bruchtektonik (Störungen / Verwerfungen)
Großräumige Brüche
• wirkende Kräfte
– Kompression
– Extension
– Scherung
• Störungsfläche, an der ein
Gesteinskörper zerbrochen
ist und gegeneinander
bewegt wurde
– relative Verschiebung auf
beiden Seiten
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Bruchtektonik (Störungsformen)
a)+ b) vertikale
Relativbewegung
im Fallen der
Störungsfläche
c) horizontale
Relativbewegung
durch Scherung
parallel zum
Streichen der
Störungsfläche
d) Kombination aus
vertikaler und
horizontaler
Bewegung
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Bruchtektonik (Überschiebung)
• Überschiebung:
– erst vertikale Aufschiebung
– dann horizontale Überschiebung
– Bei Einfallswinkel der Störung kleiner als 45°
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Bruchtektonik (Grabenstrukturen)
• Auseinanderreißen der
Platten durch Extension
bzw. Kompression führt
bei entsprechender Länge
zur Entwicklung von:
– Gräben: relativ zu den
Nachbarblöcken
abgesunken und
beidseitig durch parallel
zur Grabenachse
verlaufende
Aufschiebungen begrenzt
– Horste: aufgestiegene
Bereiche, durch
Abschiebungen begrenzt
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Rekonstruktion der geologischen / tektonischen
Entwicklung aus heutiger Erscheinungsform
a)
b)
c)
d)
e)
horizontale Sedimente am Meeresboden
Faltung/Bruchtektonik durch horizontale Einengung
Heraushebung und Erosion zur horizontalen Fläche
Ausfließen der Lavadecke durch Vulkanausbrüche
Dehnungen rufen vertikale Abschiebungen hervor
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Faltenstruktur mit bruchtektonischen Störungen
Beispiel: Ruhrkarbon
Faltenstruktur mit bruchtektonischen Störungen
Beispiel: Ruhrkarbon
a) Sedimentation am Meeresboden im Oberkarbon
b) variszische Gebirgsbildung bis zum Ende des Oberkarbons:
–
–
–
–
Heraushebung und Faltung der Schichtenfolge
Zerlegung in einzelne Schollen (Streichen SE-NW mit 60°)
Enstehung von Sattel- und Muldenstrukturen.
gleichzeitig Verwitterung, Abtragung und Einebnung des Faltengebirges
c) Neue Sedimentation durch Ausdehnung des Meeres in der Kreidezeit
Quelle: …………………………..
Deformation der kontinentalen Kruste
Geologischer Bau der Kontinente:
• Im Zentrum tektonisch stabile Kerne der Kontinente aus sehr alten
Gesteinen („Alte Schilde“), die mit Ausnahme von Erosion seit ihrer
Deformation im Präkambrium weitgehend unbeeinflusst blieben.
• Umgeben von jüngeren Deformationsstrukturen in den
Gebirgssystemen (Orogengürtel)
Orogenese (Gebirgsbildung)
• hauptsächlich im Bereich von Plattenkollisionen
• horizontal wirkende Kräfte führen zu ausgedehnter und komplizierter
Faltung und Bruchtektonik
• Kordilleren und Appalachen (Nordamerika), Alpen und weitere junge
Gebirge Europas, Himalaja etc.
Orogene Gürtel
• Kollision der Kontinente führte zur
Bildung der inneren Orogene wie
Appalachen, Varisziden und Ural.
• Subduktion kennzeichnet die
peripheren Orogene (Kordilleren,
Anden, Tasmanien etc.)
Abb. Großkontinent Pangea (vor 290 MA)
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Zeitraum der Deformation
• Kontinentale Krustengesteine werden in unterschiedlichen
geologischen Epochen deformiert. Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Ereignisse einer Orogenese
• Trennung der kontinentalen Platten und Enstehung eines Ozeans
• Absinken der Kontinentalränder (Subsidenzbewegungen) mit Aufnahme
von mächtigen Sedimenten auf den Kontinentalschelfen
• Konvergenz der Platten leitet Deformation ein, die sich über Hunderte
von Kilometern Entfernung von der Kollisionsfront weg erstreckt.
• Faltung und Bruchtektonik der randlichen Sedimente
• Übereinanderstapelung von tektonischen Decken (10 – 20 km mächtig)
mit Schubweiten von 10 – mehreren hundert Kilometern
• Bruchstücke (Mikroplatten) von fremden Kontinenten werden mit
Kontinent verschweißt.
• Aufsteigen von geschmolzenen Material aus den Subduktionszonen in
den deformierten Gebirgszug
• Erosion der Gebirge nach Abschluss der Orogenese
• Hebungs- und Senkungsbewegungen
Ereignisse einer Orogenese
• Mächtigkeitsverteilung der Sedimente im Golf von Mexiko
• Zerscherung in tektonischen Decken und Übereinanderstapelung bei
Plattenkollisionen
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Gebirgsbildung des Himalajas
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Ursachen der
Gebirgsentstehung
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Quelle: BGR
Epirogenese
Regionale
Vertikalbewegungen
• Hebung oder
Senkung
• über lange Zeit
andauernd
• ohne
nennenswerte
Deformation
• mögliche
Ursachen der
Vertikalbewegung
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Gebirgsbildungen in Europa
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Einführung in die Geologie
Teil 12: Geologische Entwicklung von Europa
Prof. Dr. Rolf Bracke
Hochschule Bochum
International Geothermal Centre
Lennershofstraße 140
44801 Bochum
Geologie Europas
I.
Geologischer Bau und Gliederung von Europa
II.
Ur-Europa (Fennosarmatia)
III.
IV.
V.
VI.
Paläo-Europa (Kaledonien)
Meso-Europa (Varisziden)
Neo-Europa (Alpiden)
Post-variszische Sedimentbecken
Geologischer Bau von Europa
• Europäischer Urkontinent über lange Zeit selbständige
Platte / Mikrokontinent
• vielfältige kleinräumige tektonische Einheiten aufgrund
Vielzahl von plattentektonischen Prozesse
• Heute ist Europa Bestandteil der großen eurasischen
Platte
• Älteste bekannte Gesteine: Metamorphite (2,5-3,1 GA)
im Bereich Nordostskandinavien (Baltischer Schild)
Geologische Gliederung von Europa
• Ur-Europa
(Fennosarmatia)
• Paläo-Europa
(Kaledonien)
• Meso-Europa
(Varisziden)
• Neo-Europa
(Alpiden)
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Tektonische Grundeinheiten Europas
Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum
Ur-Europa (Fennosarmatia)
• Drei Einheiten:
– Baltischer Schild
– Russische Tafel / Osteuropäische Plattform
– Ukrainischer Schild
• durch mehrere orogene Zyklen im Präkambrium geprägt
• vorwiegend kristallines Plattformfundament
– aufgewölbt im Bereich Baltischer und Ukrainischer Schild
– überlagert durch jüngeres Deckgebirge in Osteurop. Plattform
• tektonischer stabiler Kern, später keine Orogenese mehr
• Hohe Krustendicke: 35 – 55 km
• Niedriger Oberflächenwärmefluss: (30 – 50 W/m²)
Ur-Europa (Fennosarmatia)
Abbildung: Tektonische
Großgliederung Nord- und
Osteuropa
A archäischer Kern mit
karelidischer Überprägung
S-K Sveko-Fenniden
S-N Sveko-Norwegiden
Quelle: Einführung in die Geologie Europas
Verlag: Rombach Wissenschaft
Zeitliche Entwicklung Ur-Europas (1)
• Bildung des Baltischen Schild als
Kern Europas im Archaikum (3,1 GA)
• Wachstum durch schrittweise
Akkretion von Terranen
(Anschweißen von Mikroplatten)
• Im älteren Proterozoikum (<2,5 GA)
Abbildung: Baltischer Schild mit
archaischen Gesteinen (rotbraun)
– Bildung eines Falten- und
Überschiebungsgürtels aus
Mikroplatten (Halbinsel Kola),
– Subduktion und Akkretion
weiterer Krustenstücke,
– Ureuropa und Nordamerika
liegen dicht beieinander
Quelle: National Atlas of Sweden, 1994
Zeitliche Entwicklung Ur-Europas (2)
• Svekofennidische Orogenese (1,8–1,9 GA)
– Bereich Nordschweden/Finnland
• Vor 1,1 GA: Trennung Europa von Amerika
• Svekonorwegische Orogenese (950 -1100 MA)
– nach Drehung erneute Kollision mit Nordamerika
– Europa und Nordamerika bilden neuen Kontinent Rodinia
– Grenzbereich zwischen Schweden und Norwegen
• Vor 750 MA: Drift nach S und Zusammenschluss mit
Gondwana
• Cadomische Orogenese (550-650 MA)
– Küstengebirge oder Inselbögen durch Subduktion zwischen
Gondwana, den kleineren Mikroplatten und ozeanischer Kruste
– London-Brabanter Massiv
Ur-Europa (Skandinavien)
Abb. Tektonische Gliederung des
Baltischen Schild
Quelle: Einführung in die Geologie Europas
Verlag: Rombach Wissenschaft
Ur-Europa (Svekofennidische
Krustenbildung)
Model der Krustenneubildung am Rand
des baltischen Schildes
a) Subduktionszone am archaischen
Kontinentalrand mit Mantelmagmenaufstieg im Dehnungsregime (1920 MA)
b) Blockierung der Subduktion
(1880 MA) und Enstehung Kollisionsorogen mit starker Deformation und
begleitendem Magmatismus (Kareliden)
sowie meerwärts Bildung einer neuen
Subduktionszone, deren Magmen einen
ausgedehnen Inselbogen auf
ozeanischer Krsute aufbauten
(Svecofenniden)
Quelle: Einführung in die Geologie Europas
Verlag: Rombach Wissenschaft
Paläo-Europa (Kaledonien)
• Kaledonische Ära:
Orogenesen während des
frühen Paläozoikum
(Oberkambrium bis Silur;
390 – 530 MA)
• Sog. Westeuropäische
Plattform
Zeitliche Entwicklung
Paläo-Europa (Kaledonien)
Quelle: www.geologie.ac.at
• Trennung Baltica (Baltischer Schild) von Nordamerika und Entstehung
des Iapetus-Ozean (> 550 MA)
• Trennung der Platte Avalonia von Gondwana und Entstehung des
Rheischen Ozean (ca. 500 MA)
• Rotation des Baltischen Schildes mit Annäherung an Laurentia
und allmähliches Schließen des Iapetus-Ozeans (ab 520 MA)
• Kollision von Baltica und Laurentia (ab 420 MA) und später Avalonia
• Bildung eines neuen Kontinentes Laurussia bzw. Old Red Kontinent
Paläo-Europa (Kaledonien)
• Orthokaledoniden
– Hauptzug der Kaledoniden
– Britische Inseln und Skandinavien
– bilden die nördliche Fortsetzung der
Appalachen Nordamerikas
– Orogenese aufgrund Kollision von
Baltica und NordamerikanischGrönländischer Plattform (Laurentia)
• Parakaledoniden:
– Nebenzug der Kaledoniden
– Belgien, Norddeutschland, Polen
– Orogenese aufgrund Kollision
Mikrokontinent Avalonia mit Laurussia
(Laurentia + Baltica)
– in jüngere Erdgeschichte von mächtigen
Sedimentserien überdeckt
(Norddeutsch-Polnische-Senke)
Paläo-Europa (Iapetus-Ozean)
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Quelle: Berthelsen (1992): 2. Mobile Europe, in: The
European Science Foundation: A Continent revealed,
The European Geotraverse
Paläo-Europa (Kaledonien)
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Paläo-Europa (Britische Kaledonien)
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Paläo-Europa nach Abschluss der
kaledonischen Orogenese
Quelle: Einführung in die Geologie Europas; Verlag: Rombach Wissenschaft
Meso-Europa (Varisziden, Variszikum)
• Varisziden (Hercyniden):
– Varizische Orogenese im Verlauf des Devons und
Karbons (400 – 250 MA)
– Kollision Südwest-Europa mit Gondwana (Schließung
des Rheiischen Ozeans)
– endgültiger Zusammenschluss der Kontinentalplatten
Laurussia und Gondwana zur Pangäa
– Variszische Faltungssystem reicht von den
Appalachen über Marokko, Nord-Algerien, sowie
West-,Mittel- und Süd-Europa bis zum Ural
– Teil der europäischen Varisziden wurde in die
alpidischen Gebirge eingebaut
Meso-Europa (Varisziden, Variszikum)
Die Varisziden Europas
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Variszisches Orogen in Mitteleuropa
Quelle: Grundlagen der Geologie Verlag: Spektrum
Variszisches Orogen in Mitteleuropa
Quelle: Grundlagen der Geologie Verlag: Spektrum
Quelle: Grundlagen der Geologie Verlag: Spektrum
Meso-Europa (Varisziden, Variszikum)
• Subvariszikum (subvarizische Vortiefe)
– Schelfbereich an der nördlichen Grenze, verfüllt mit kohleführenden
Sedimenten
• Rhenoherzynikum
– Devonisch-unterkarbonische Sedimente (SW-Iberien, SW-Irland, SWEngland, Ardennen, Rheinisches Schiefergebirge, Harz)
• Saxothuringikum
– Schichten aus Präkambrium bis Perm, weitverbreitete Metamorphose
sowie granitischer Plutonismus (Sächsisches und thüringisches Schiefergebirge einschl. Erzgebirge und Fichtelgebirge sowie östlich: Sudeten und
westlich: Spessart, Odenwald und Nordteil Schwarzwald + Vogesen)
• Moldanubikum
– Hochmetamorphe Gesteine wie Migmatite, Gneise, Amphibolite sowie
granitischer Plutonismus (Kern der böhmischen Masse, Großteil von
Schwarzwald und Vogesen, Zentralmassiv, Zentraliberische Zone)
• Westasturische-Leonesiche Zone
– Wieder abnehmende Metamorphose und Plutonismus (Iberische
Halbinsel, südöstl. Zentralmassiv)
• Kantabrische Zone
– Gesamtes Plaläozoikum (Nordspanien, Bereich der Pyrenäen und Alpen)
Meso-Europa (Varisziden, Variszikum)
Quelle: [email protected]
Entwicklung Mitteleuropa im Paläozoikum
(550 – 250 MA)
Quelle: Geologie von Mitteleuropa Verlag: E. Schweizerbart‘sche Verlagsbuchhandlung
Neo-Europa (Alpiden)
• jurassisch-tertiäre (alpidische)
Orogenese
• Junge Hochgebirge in der Umrandung
des Mittelmeers
– während Trias und des Jura Öffnung der
ozeanischen Tehtys (Meeressaum)
zwischen Gondwana und Laurussia;
Bildung eines Ozeans (200 MA)
– Schließung Thetys im
Verlauf der Kreidezeit
– Bewegung der afrikanischen bzw. der adriatischen
Platte gegen Europa
• bogenförmig gewunden,
teilweise abgerissen
• Vergenz der Orogene zeigt
die Bewegungsrichtung der
Plattenränder an
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Neo-Europa
(Zentraler Alpidengürtel)
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Neo-Europa
(Tektonische Einheiten der Alpen)
• Alpen sind Resultat einer komplexen Kollision verschiedener
Platten und Terranes mit dem Südrand von Mesoeuropa
Quelle: Grundlagen der Geologie; Verlag: Spektrum
Neo-Europa (Alpen)
•
•
Abbildung: Schematischer N-S-Schnitt durch die Alpen (Lage = rote
Gerade in Karte oben)
Große Mengen des zusammengeschobenen Materials wurden
bereits während der Hauptkolllisionsphase aber auch heute noch
erodiert)
Quelle: Grundlagen der Geologie Verlag: Spektrum
Neo-Europa (Alpen)
Neo-Europa (Alpiden)
Neo-Europa (Alpiden)
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Neo-Europa (Entwicklung der Alpen)
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Neo-Europa (Alpiden)
Quelle: Grundlagen der Geologie Verlag: Spektrum
Neo-Europa
(westliche Mediterrangebiete)
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Neo-Europa
(Karpaten-Balkan-Bogen)
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Neo-Europa
(Apenin-Dinariden-Raum)
voralpidische Masse, meist Kristallin
alpidische Kristallinanteile
neritisch-rezifales Mesozoikum
ophiolithreiche Innenzonen
tertiär-Pleistozän-Becken z.T. Molasse
junger Vulkanismus
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Post-variszische Sedimentbecken
Mittel- und Westeuropas
• Im außeralpinen Mittel – und Westeuropa verlief die
postvariszische Entwicklung unter festländischen bzw.
epikontinental-marinen Verhältnissen.
• Sedimentablagerungen, die nachträglich durch Bruchund Scherprozesse in Schollen zerlegt und
Vertikalbewegungen unterzogen wurden
• Zechsteinbecken (Nordsee, Norddeutschland, Polen)
und Oberrheingraben
• Britische Inseln
• Pariser Becken
• Aquitanisches Becken und Biscaya
Post-variszische Sedimentbecken
Mittel- und Westeuropas
Abbildung:
permo-karbonische
Sedimentbecken
Mitteleuropas (Häkchen:
salinares Rotliegend,
Kreuze: Vulkanite)
Quelle: Einführung in die Geologie Europas Verlag: Rombach Wissenschaft
Post-variszische Sedimentbecken
Mittel- und Westeuropas
Quelle: Geologie von Mitteleuropa Verlag: E. Schweizerbart‘sche Verlagsbuchhandlung
Post-variszische Sedimentbecken
Mittel- und Westeuropas
Quelle: Geologie von Mitteleuropa Verlag: E. Schweizerbart‘sche Verlagsbuchhandlung
Post-variszische Sedimentbecken
Mittel- und Westeuropas
Quelle: Geologie von Mitteleuropa Verlag: E. Schweizerbart‘sche Verlagsbuchhandlung
Post-variszische Sedimentbecken
Mittel- und Westeuropas
Quelle: Geologie von Mitteleuropa Verlag: E. Schweizerbart‘sche Verlagsbuchhandlung
Post-variszische Sedimentbecken
Mittel- und Westeuropas
Post-variszische Sedimentbecken
Mittel- und Westeuropas
Einführung in die Geologie
Teil 13: Geologie Deutschlands
Prof. Dr. Rolf Bracke
Hochschule Bochum
International Geothermal Centre
Lennershofstraße 140
44801 Bochum
Regionale Geologie von Deutschland
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Geologische Übersicht
Das kristalline Grundgebirge Deutschlands
Mittelgebirge aus verfaltetem niedrigmetamorphem Paläozoikum in Deutschland
Steinkohlebecken des Oberkarbons in
Deutschland
Landschaften des Rotliegenden
Zechstein-Gebiete
Regionale Geologie von Deutschland
7.
Landschaften des Mesozoikums in
Deutschland
8. Deutsche Alpen
9. Tertiäre-Senken
10. Junge Vulkangebiete
11. Norddeutsches Tiefland
1. Geologische Übersicht
Quelle: Einführung in die Geologie
Deutschlands Verlag: Spektrum
1. Geologische Übersicht
Quelle: Geologie von Mitteleuropa Verlag: E. Schweizerbart‘sche Verlagsbuchhandlung
2. Kristallines Grundgebirge
• Vorwiegend Metamorphite und
Magmatite des Präkambriums
und Paläozoikums
• Im Variszikum intensiv überprägt und metamorphosiert
sowie granitischer Plutonismus
• Saxothuringikum
– Fichtelgebirge, Erzgebirge,
Granulitgebirge, Kristalliner
Odenwald, Vorspessart,
Ruhlaer Kristallin
• Moldanubikum
– Schwarzwald, Oberpfälzer
Wald, Bayrischer Wald einschl.
Böhmerwald, Münchberger
Masse
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
2.1 Schwarzwald
• Kristallines Grundgebirge
– Pultscholle
– Variszische Granite
(Intrusionen) im N und S
– Gneise und Anatextite im
Mittelteil
• Buntsandstein-Deckgebirge
• Heraushebung des
Schwarzwaldgewölbes an
mehreren Stufen parallel zum
Oberrheingraben
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
2.1 Schwarzwald
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
2.2 Erzgebirge
•
•
•
•
•
•
Pultscholle
SW-NO (erzgebirgisch)
streichende
Antiklinalstruktur
vorwiegend metamorphe
präkambrische und altpaläozoische Gesteine
(Gneise, Glimmerschiefer, Phyllite)
Intrusion von
granitischen Magmen
während und nach
Variszikum
Vulkanite (Porphyre) im
Oberkarbon
Bergbau: Silber, Zinn,
Blei, Uran
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
2.2 Erzgebirge
Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Spektrum
3. Mittelgebirge aus verfaltetem und verschiefertem Paläozoikum und Vorpaläozoikum
• Rhenoherzynikum
– Rheinisches Schiefergebirge
und Harz (vorwiegend aus
Sedimenten des Devons
und Unterkarbons
• Saxothuringikum
•
– Thüringisch-Fränkisch-Vogtländisches Schiefergebirge
sowie Schiefergebirge der
Elbezone (Höherer Anteil
vordevonischer Gesteine)
– Lausitzer Bergland (vorpaläozoische Ablagerungen)
Ablagerungen im Variszikum z.T.
stark verfaltet und größtenteils
verschiefert, aber nur lokal
nennenswerte Metamorphosen
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
3.1 Rheinisches Schiefergebirge
• Unterdevon
– Schiefer, Sandstein, Quarzit
• Mitteldevon
– „dunkle“ Schiefer, Kalksteine
(Massenkalk)
• Oberdevon
– Rotschiefer
• Unterkarbon
– Karbon-Kalkstein
(„Kohlenkalk“),
Tonsteine, Sandsteine,
Grauwacken
• durch variszische Orogenese
stark vefaltet.
• SW-NE-gerichtet
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
3.1 Rheinisches Schiefergebirge
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
3.1 Rheinisches Schiefergebirge
Diemelsee-Adorf, Nord-Hessen
„Felsenmeer“ bei Hemer
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
3.2 Harz
• Unterschiede zum
Rheinischen Schiefergebirge
– Tiefengesteine
(Brocken-Granit)
– kein „Kohlenkalk“
• SW-NE-gerichtete Zonen
– Oberharz
– Mittelharz
– Unterharz
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
3.2 Harz
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
3.2 Harz
Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Spektrum
Quelle: Grundlagen der Geologie Verlag: Spektrum
3.2 Harz
Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Spektrum
4. Steinkohlebecken des Oberkarbons
• Rand- und Binnensenken im Oberkarbon, die
mit fein- und mittelkörnigen
Abtragungsmaterial verfüllt
wurden
• Bildung von Kohlenflözen
• Variszische Verfaltung am
Ende des Oberkarbons
(Subvariszikum)
• Ruhrgebiet
• Aachener Steinkohlerevier
• Saargebiet
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
4.1 Ruhrgebiet
•
•
•
•
Randsenke vor dem südlich gelegenen variszischen Gebirges
ehemals Küstensümpfe
Überlagerung durch Kreide
ca. 1.000 m tonige +
sandige Sedimente
ohne Kohlenlagen
des Namur A und B
• ca. 3.000 m
flözführendes Oberkarbon (Namur C und
Westfal A-C)
• Aachener Revier
durch Niederrheinische Bucht
abgetrennt
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
4.1 Ruhrgebiet
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
5. Landschaften des Rotliegenden
• Oberflächlich anstehende Gesteine des Rotliegenden
• festländisch gebildete Schuttsedimente, die in Senken des
variszischen Gebirge zusammengeschwemmt wurden.
– Konglomerate, Fanglomerate, Sandsteine, Arkosen, Tonsteine
– im älteren Rotliegend auch Wechsellagerung mit vulkanischen
Gesteinen
• Saar-Nahe-Becken,
• Thüringer Wald,
• Nordwestsächsisches Hügelland und Hallesches Porphyr-Gebiet,
• Vorerzgebirgssenke,
• Döhlener Senke und Meißener Vulkanit-Gebiet,
• Ostharzrand, Kyffhäuser, Illfelder und Meisdorfer Senke,
• Flechtinger Höhenzug
5.1 Saar-Nahe-Becken
• größtes geschlossenes Rotliegend-Gebiet
• > 3.000 m mächtige Sedimente,
– Konglomerate, Sandsteine, Arkosen, Tonsteine , Kohlenflöze
• eingeschaltete Vulkanite
– Quarzpophyre (Rhyolithe) und Melaphyre
Schieferton
(nördlich
Kaiserslautern)
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
5.2 Thüringer Wald
•
•
Herausgehobene Leistenscholle, die auf Vorländer
im SW und NO auf- bzw.
überschoben wurde.
Zwei Vulkanserien
unterbrechen Ablagerung
von Sedimenten
1. Oberkarbon-frühes
Unterotliegend: Porphyre
und Porphyrite
2. jüngeres Rotliegend
(Autun): Tuffe
•
Intrusionen (Ruhlauer
Granit)
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
5.2 Thüringer Wald
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
6. Zechsteingebiete
• Einige Mittelgebirge durch
Zechsteinsedimente umrahmt
• Zyklisch aufgebaute Abfolge von
–
–
–
–
Steinsalz mit Kalisalzen
Anhydrite
Karbonate
Tonsteine
• Bildung unter lagunären Bedingungen in einem abgeschnürten
Meeeresbecken (Zechsteinmeer)
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
6. Zechsteingebiete
Doline (Einsturztrichter) in Sulfatgesteinen des Zechsteins
bei Sontra, Nordhessen
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
7. Landschaften des Mesozoikum
•
•
•
•
•
Buntsandstein-Landschaften in Süd-Niedersachsen,
Hessen und SW-Deutschland
Süddeutsches Schichtstufenland
Thüringer Becken
Elbsandsteingebirge
Südrand des Norddt. Tieflandes
Kreide
Oberkreide
Unterkreide
Jura
Malm
Dogger
Lias
Trias
Keuper
Muschelkalk
Buntsandstein
7.1 Buntsandstein-Landschaften
flächenhafte Ablagerung von
Sandsteinen, untergeordnet Tonsteine
und Konglomerate im festländischen
Becken (Germanisches Becken)
Buntsandstein, Dahner Felsenland (Pfalz)
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
7.2 Süddeutsches Schichtstufenland
•
•
durch Erosion flach einfallender
Sedimente erzeugt
Muschelkalk
– Kalksteine, Dolomite, Tonsteine,
Gipse, Salz
•
Keuper
– Vorwiegend Tonsteine
•
Jura
– Tonsteine (Lias)
– tonig-sandig (Dogger)
– Kalksteine (Malm)
Verkarstung (z.B. DonauVersickerung)
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
7.2 Süddeutsches Schichtstufenland
Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Spektrum
7.3 Südrand des Norddt. Tieflandes
• Bergzüge und Senken aus mesozoischen Sedimenten
– Leine- und Weserbergland
– Münstersches Kreide-Becken
– Subherzynes Becken
• Bergland wird unterlagert von paläozoischen Gesteinen mit PlutonKörpern
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
7.3.1 Münstersches Kreidebecken
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
7.3.2 Weserbergland
Hameln/Weser (Unterer Muschelkalk)
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
8. Deutsche Alpen
• Teil der nördlichen
Kalkalpen
– Allgäuer A.
– Bayrische A.
• Gesteine aus Perm
und Trias wurden in
Jura und Kreide von
Sedimenten überlagert und anschließend
aufgeschoben
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
8. Deutsche Alpen
Geologischer Querschnitt durch die Kalkalpen und die Subalpine Molasse
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
8. Deutsche Alpen
Watzmann
- Massiv
Chiemgau
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
9. Tertiär-Senken
• Tertiäre Ablagerungen:
–
–
–
–
Teils marin
Teils Festländisch
tonig-sandig, seltener kalkig
oftmals Braunkohlevorkommen
•
•
•
•
Oberrheingraben mit Mainzer Becken
Bayrisches Molasse-Becken
Niederrheinische Bucht
Nordhessisch-südniedersächsischen
Senken
• Thüringer und Subherzyne Becken
• Leipziger Tieflandsbucht
• Nieder- und Oberlaussitz
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
9.1 Oberrhein-Graben
• zentrales Segment der europ. Grabenbruchzone (Nordsee-Mittelmeer)
• Eigentliche Grabenbildung ab Alttertiär, verstärkt ab dem Jungtertiär
durch Heraushebung der begleitenden Mittelgebirge
• Untergrund in unterschiedlich abgesenkte Einzelschollen zerstückelt
• Füllung des Grabens aus 2.000 m (S) – 3.000 m (N) mächtigen
Lockersedimente des Tertiärs + Quartärüberlagerung
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
9.1 Oberrhein-Graben
9.2 Bayrisches Molassebecken
• Schutttrog nördlich der Alpen
• teils marin, teils limnisch-brackische Schuttsedimente der Alpen
• lockere, z.T. verfestigte tonige, sandige, konglomeratische
Sedimente des Tertiärs
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
9.3 Niederrheinische Bucht
• Erste Einsenkungen im
jungen Paläozoikum
und Mesozoikum
• Haupteinbruch im Tertiär
• Marine und limmnische tertiäre
Sedimente bis 600 m Mächtigkeit
• Braunkohlen in Küstensümpfen
vor ehemals südlichem Festland
• Nordwest-Südost-Verwerfungen
Zerlegung in Schollen
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
9.3 Niederrheinische Bucht
Tagebau Hambach, Jülich
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
10. Junge Vulkangebiete
•
überwiegend tertiäre Vulkanite
– Vorherrschend Basalte und basaltähnliche,
alkalireiche Vulkanite,
– Trachyte
– Tuffe
•
Vulkanische Bildungen
– Schlot- und Gangfüllungen (Basalte)
– Durchbruchsröhren (Gase und Tuffe)
Bildung von Hohlformen (Maare)
•
Regionen
–
–
–
–
–
Vogelsberg, Westerwald und Nord-Hessen
Siebengebirge
Vulkan-Eifel
Rhön und Grabfeld
SW-Deutschland (Kaiserstuhl, Hegau,
Urach)
– Südl. Ostdeutschland (Oberpfalz,
Erzgebirge, Lausitz)
Quelle: Grundlagen der Geologie Verlag: Spektrum
10.1 Siebengebirge (Tertiär)
Quelle: Grundlagen der Geologie Verlag: Spektrum
10.2 Vulkaneifel
Osteifel (Tertiär + Quartär)
Schlackenkegel und Maare
Basaltische Magma dringt entlang
einer Bruchzone auf
1. frei von Grundwasser:
Aufbau Schlackenkegel
2. Begrenzte Grundwassermengen: initiale phreatomagmatische Explosion und
Aufbau Schlackenkegel
3. Größere Grundwassermengen: starke phreatomagmatische Explosion und
Bildung von Maaren
Quelle: Grundlagen der Geologie Verlag: Spektrum
10.2 Vulkaneifel
Westeifel (Quartär)
Säulige Abkühlungsklüftung
in quartären Basaltlaven
(Hochsimmer)
Geschichtete Bimstuffe des
Laacher-See-Ausbruches
(bei Mendig)
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
10.3 Weitere Vulkangebiete
Basalt-Blockmeer (Rhön)
Basalt-Schlot, Oberpfalz
Kaiserstuhl
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum
11. Norddeutsches Tiefland
Einheitliches (Sediment-)Becken ab der Wende Karbon/Perm
•
•
•
•
•
•
•
•
permokarbone Vulkanite bis 2.000 m Mächtigkeit
Rotliegendsedimente
Zechstein (insbes. Salze)
Trias (Keuper, Buntsandstein, Muschelkalk)
Jura
Kreide
Tertiär
Decke aus quartären
Lockersedimenten
(wenige m bis zu 500m)
sind verantwortlich für
die nur geringen
Reliefunterschiede
Quelle: Geologie von Mitteleuropa
Verlag: E. Schweizerbart‘sche Verlagsbuchhandlung
11. Norddeutsches Tiefland
Quelle: (1) Grundlagen der Geologie Verlag: Spektrum
(2) Geologie von Mitteleuropa, Verlag:
E. Schweizerbart‘sche Verlagsbuchhandlung
11. Norddeutsches Tiefland
Zechsteinsalzdiapire in NW-Deutschland
Quelle: Einführung in die Geologie Deutschlands Verlag: Spektrum