Geodynamik

GEODYNAMIK

von Harro Schmeling J. W. Goethe-Universität Frankfurt Institut für Meteorologie und Geophysik WS 2004/2005

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Inhalt 1. Einführung 2. Plattentektonik 1, kinematische Grundlagen 2.1 Einleitung 2.2 Kontinentaldrift 2.3 Plattenbewegungen und Paläomagnetismus 2.4 Plattentektonik: Geometrischer Ansatz 2.5 Plattentektonik: Antriebsmechanismen und -kräfte 3. Spannungen 3.1 Der Spannungstensor und seine Komponenten 3.2 Spannungsmessungen 3.3 Spannungen in der Lithosphäre 4. Elastizität 4.1 Dehnungen 4.2 Elastische ustandsgleichung (Hooke’sches Gesetz) 4.3 Spezielle Spannungs- und Dehnungszustände 4.3.3 Einachsig mit Anwendung: Spannungen nach Erosion, Sedimentation 4.3.2 Ebene Spannungs- und Dehnungszustände 4.3.3 Einfache und Reine Scherung 4.3.4. Weitere Beispiele für einfache Dehnungszustände 4.4. Plattenbiegungen mit Anwendungen (periodische Belastung, Subduktion) 5. Rheologie 5.1 Rheologische Regime (fluid, fest) 5.2 Lineare Fluide (Viskosität) 5.3 Viskoelastizität 5.4 Nicht lineare Rheologie, Potenzkriechen 5.5 Plastizität 5.6 Bruch, Reibungsgleiten 5.7 Rheologie der Lithosphäre 6. Fluiddynamik 6.1 Grundlagen und Grundgleichungen (Stromlinien, Stromfunktion, dimensionslose ahlen) 6.2 Strömung in einer Schicht und einem Rohr mit Anwendungen (Asthenosphärenströmung, magmatische Aufstiegsvorgänge) 6.3 Stokes-Strömung um eine Kugel mit Anwendungen 6.4 Rayleigh Taylor Instabilität (Diapirismus) 6.5 Postglaziale Ausgleichsströmungen 7. Wärmetransportprozesse 7.1 Konduktiver Wärmefluss 7.2 Analytische Lösungen (Periodische und plötzliche Erwärmung eines Halbraumes, das Wurzel-t Gesetz 7.3 Thermische Konvektion, Mantelkonvektion 8. Plattentektonik 2: Dynamik der Platten 8.1 Struktur der Plattenränder (Spreading, Subduktionszonen) 8.2 Antriebsmechanismen der Platten

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Literatur

Brown, G. C., C. J. Hawkesworth, R. C. L. Wilson (eds),1992: Understanding the Earth Cambridge Press Davies, G., 1999: Dynamic Earth, Plates Plumes and Mantle convection Cambridge University Press Fowler, C.M.R., 1990. The Solid Earth. An Introduction to Global Geophysics. Cambridge University Press, Cambridge. Gubbins, D., 1990. Seismology and plate tectonics. Cambridge University Press. Cambridge. Kearey, P., F. J. Vine, 1990. Global Tectonics. Blackwell Scientific Publications. Oxford. Lliboutry, L., 1999: Quantitative geophysics and geology. Springer Press, Siever, 1994 Understanding Earth, Freeman and Co., New York Ranalli, G., 1987. Rheology of the Earth. Allen & Unwin, Boston. Schubert, G., Turcotte, D. L. P. Olson, 2001: Mantle convection in the earth and planets, Cambridge University Press. Stacey, F.D., 1977. Physics of the Earth, J.Wiley & Sons, New York Turcotte, D. L., G. Schubert, 2002. Geodynamics. Cambridge University Press 1. Einführung Wie lässt sich der Begriff Geodynamik in die Geophysik einordnen? Von der Definition her beschäftigt sich die Dynamik (gr. dýnamis = Kraft) mit den Bewegungsvorgängen von Körpern, die auf den Einfluss von Kräften zurückzuführen sind. Im weiteren Sinnen wäre somit die Seismologie ein Teilgebiet der Geodynamik, da seismische Wellen und Erdbeben Bewegungsvorgänge sind, die durch mechanische Kräfte hervorgerufen werden. Häufig werden auch Teilbereiche der Lehre von der Figur der Erde oder der Geodäsie als Geodynamik bezeichnet, soweit sie zusätzlich zur geometrischen Beschreibung der Erdfigur auch die sie deformierenden Kräfte berücksichtigen. Als Geodynamik im engeren Sinne wollen wir die Anwendungen der Kontinuum-Mechanik auf das Erdinnere bezeichnen. Die zu untersuchenden Bewegungsvorgänge seien in erster Linie großräumige langzeitige Deformationsprozesse wie Kontinentaldrift und tektonische Vorgänge. Der usammenhang zwischen den Kräften und den Bewegungen wird durch das Materialverhalten der Erdmaterie hergestellt. Die Lehre hiervon wird als Rheologie bezeichnet und ist daher auch ein Teilgebiet der Geodynamik. Schließlich beschäftig sich die Geodynamik noch mit den Ursachen der betrachteten Kräfte und ihren Energiequellen. Hier spielt die Wärmeabgabe der Erde eine Schlüsselrolle. Daher wollen wir Geothermik auch als ein Teilgebiet der Geodynamik auffassen.