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Wie Druck und Temperatur Gesteine verändern

03.11.1999 - (idw) Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Für die geologischen Prozesse, die zur Bildung von Gebirgen geführt haben, interessieren sich Mineralogen der Universität Würzburg: Sie wollen die Druck- und Temperaturbedingungen rekonstruieren, unter denen bestimmte geologische Einheiten in alten Gebirgsgürteln entstanden sind.

Als Geländegebiete dienen dabei die Kykladischen Inseln, die vor 50 bis 20 Millionen Jahren entstanden, Teile des etwa 360 bis 320 Millionen Jahre alten variscischen Gebirges in Deutschland - zu diesem gehören unter anderem Odenwald, Spessart und Thüringer Wald - sowie der 600 bis 500 Millionen Jahre alte Kaoko-Gürtel in Namibia. Leiter des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekts am Institut für Mineralogie und Kristallstrukturlehre ist PD Dr. Thomas Will.

Im Mittelpunkt der Forschungen stehen so genannte metamorphe Gesteine. Dabei handelt es sich um Gesteine, die unter großem Druck und hoher Temperatur verändert wurden. Um die Vorgänge verstehen zu können, welche diesem Prozess zu Grunde liegen, ist es laut Dr. Will äußerst hilfreich, die räumliche und zeitliche Verteilung von Druck und Temperatur in einem Gebirge zu ermitteln. Das Ziel solcher Abschätzungen ist es, die physikalischen und chemischen Prozesse zu charakterisieren, die in den nicht zugänglichen Tiefen der Erde ablaufen.

Wie können die Geowissenschaftler einem Gestein ansehen, unter welchem Druck es einmal stand? Minerale sind komplexe Substanzen, deren chemische Zusammensetzung enorm schwanken kann. Diese Variation hängt unter anderem auch von Druck und Temperatur ab. Diamant zum Beispiel kann sich nur bei mehr als 40 Kilobar, also dem 40.000fachen Luftdruck bilden. Ein solch hoher Druck tritt in der Erde erst in einer Tiefe von mehr als 120 Kilometern auf. Auch für andere Minerale ist aus Experimenten und Berechnungen bekannt, wie sich ihre Zusammensetzung mit dem Druck und der Temperatur ändert. Zusammen mit einer chemischen Analyse macht es dieses Wissen möglich, die Druck- und Temperaturbedingungen zu bestimmen, unter denen die Minerale entstanden sind.

Eine oft noch bessere Möglichkeit, um Aussagen über die Druck-Temperatur-Entwicklung von Gesteinen treffen zu können, ist nach Angaben von Dr. Will die Anwendung von Phasendiagrammen. In diesen sind die experimentell bestimmten oder berechneten Reaktionen zwischen Mineralen dargestellt. Berücksichtigt man zugleich die sich während einer Metamorphose ändernde chemische Zusammensetzung und die im Gestein beobachtete Ansammlung von Mineralen, dann ist es ebenfalls möglich, die Druck-Temperatur-Entwicklung zu rekonstruieren. Das Berechnen solcher Phasendiagramme ist ein wesentlicher Bestandteil des Forschungsprojektes von Dr. Will.

Der Würzburger Forscher hat damit beispielsweise dokumentiert, dass Odenwald und Spessart während der variscischen Gebirgsbildung eine vollkommen unterschiedliche Metamorphose-Entwicklung durchliefen: Im Odenwald wurden teilweise Temperaturen von über 700 Grad Celsius in Tiefen von weniger als 12 bis 15 Kilometern erreicht. Dagegen kamen im Spessart kaum mehr als 600 Grad Celsius zu Stande, dies jedoch in Tiefen von mindestens 30 Kilometern. Der Großteil des Odenwaldes bildete sich vermutlich in einem magmatischen Inselbogen, der Spessart hingegen an einem aktiven Kontinentalrand, wie er heute beispielsweise an der Westküste Südamerikas vorliegt.

Weitere Informationen: PD Dr. Thomas Will, T (0931) 888-5418, Fax (0931) 888-4620, E-Mail:
thomas.will@mail.uni-wuerzburg.de
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