Romain Bousquet

Deformation von Gesteinen

Einfach ausgedruckt ist die Gesteinsdeformation oder -verformung ein Prozess, in dessen Verlauf eine auf einen geologischen Korper ausgeubte Kraft diesen Korper in seiner Form verandert. Dabei entstehen sowohl lokale geologische Strukturen wie Falten und Bruche als auch die aus Plattenbewegungen resultierenden grostektonischen Phanomene wie Gebirge und Ozeane. Durch Deformation entstandene Strukturen kommen in allen Grosenordnungen vor und sind so allgemeiner Bestandteil beim Aufbau des Planeten. Tatsachlich ist Deformation ein sehr komplexes, eng mit Metamorphose verknupftes Phanomen, da neben den rein geometrischen Effekten auch Temperatur- und Druckbedingungen eine entscheidende Rolle spielen. Weitere masgebende Parameter sind die Zusammensetzung, Variabilitat oder Einheitlichkeit der physikalischen Eigenschaften im Raum (Anisotropie oder Isotropie des Materials), Menge und Art der vorhandenen Fluide. Die Interaktion dieser Parameter bestimmt, ob die Deformation kontinuierlich (duktil) oder diskontinuierlich (sprode) ist. Die Art der Deformation ist daher der Grund fur die Vielzahl von verschiedenen Strukturen, die innerhalb der Kontinentalplatten, aber vor allem an deren Randern auftreten. Durch die Untersuchung dieser Strukturen und der sie begleitenden Phanomene konnen eine Deformationsgeschichte hergeleitet und die eine Region masgeblich gestaltende chronologische Abfolge von Ereignissen rekonstruiert werden.

Die junge Erde: Entstehung und Entwicklung des Planeten

Die Ergebnisse der neuesten Forschungen der Planetologie haben gezeigt, dass die Erde und die anderen Planeten des Sonnensystems als Ergebnisse gemeinsamer physikalischer Prozesse betrachtet werden konnen. Diese liefen gleichzeitig in sehr kleinen und sehr grosen Masstaben ab und stellen den Ursprung unterschiedlichster kosmischer Phanomene dar. Nach diesem Ansatz wird die Geschichte der Erde im weiteren Rahmen des Universums beschrieben. Dennoch weist die Erde innerhalb unseres Sonnensystems eine Anzahl von Besonderheiten auf. Sie ist seit einer Milliarde Jahren der einzige Planet mit einem stabilen Klima und flussigem Wasser. Dieses Wasser ermoglichte die Entstehung des Lebens. Auch wenn der Mars wahrend seiner Entwicklung anscheinend eine erdahnliche Phase durchlief, scheint dennoch kein anderer Planet die notigen Voraussetzungen fur das Auftreten von Leben aufgewiesen zu haben. Wie entstand die Erde und welche physikalischen Prozesse kennzeichnen ihre Entwicklung zu einem bewohnbaren Planeten uber einen derartig langen Zeitraum?

Die Zeit in der Geologie

Das klassische Verstandnis der Zeit, das sich in der Bewegung der Zeiger einer Uhr manifestiert, verleitet uns dazu, sie als eine Reihe eng aufeinanderfolgender Momente zu begreifen. So erscheint uns die Zeit als die Aufzeichnung eines immerwahrenden Ablaufs von Ereignissen. In der Physik wird sie als eine eindimensionale Variable dargestellt, die (wenn auch nicht im mikroskopischen Rahmen) zumindest im makroskopischen Rahmen durch ihre Irreversibilitat charakterisiert ist. Die Entdeckung dieser Irreversibilitat steht mit der Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik (Carnot-Prinzip) in Zusammenhang und kennzeichnet die Asymmetrie zwischen Vergangenheit und Zukunft.

Bedingungen für die Stabilität von Mineralen

Da ein Mineral ein naturlicher Feststoff ist, der aus regelmasig angeordneten Atomen oder Ionen besteht, stellt die Ordnung auf atomarer Ebene ein grundlegendes Unterscheidungsmerkmal zwischen dem festen kristallinen Zustand einerseits und dem gasformigen bzw. flussigen Zustand andererseits dar. Im gasformigen Zustand konnen sich Atome und Molekule frei bewegen und nehmen somit eine quasi chaotische Struktur an. Der flussige Zustand stellt eine Zwischenform dar, die Atome beginnen sich in Gruppen anzuordnen, wobei sich eine erste Ordnung innerhalb der Struktur abzeichnet. Das Verhalten der drei Aggregatzustande der Materie in Abhangigkeit von den auseren physikalischen Parametern Druck und Temperatur wird ublicherweise in sogenannten „Phasendiagrammen“ dargestellt. Ein Mineral ist ein Produkt chemischer Reaktionen oder polymorpher Transformationen. Dabei sollten wir uns bewusst sein, dass ein Mineral selten innerhalb seines Stabilitatsbereichs auskristallisiert und sich deshalb in einem chemischen Ungleichgewicht befindet. Die Geschwindigkeit der dabei ablaufenden Reaktionen stellt einen entscheidenden Parameter dar. Eine niedrige Reaktionsgeschwindigkeit bei der Abkuhlung erhoht zum Beispiel die Bestandigkeit von normalerweise nur bei hohen Temperaturen stabilen Mineralen auch bei Umgebungstemperaturen. Somit befindet sich nur ein geringer Teil der an der Erdoberflache gefundenen Minerale in einem ausgeglichenen chemischen Zustand. Dieses Phanomen ermoglicht den Petrologen, die physikalischen Bildungsbedingungen der Gesteine durch experimentelle und theoretische Studien zu analysieren.