Feb28

Ein Geologe, der im Freien arbeitet, verwendet typischerweise einen Geologenkompass, eine Lupe und einen Geologenhammer. Wie steht es jedoch im Labor?

Seit dem ausgehenden 19. Jahrhundert wird das Lichtmikroskop in den geologischen Wissenschaften eingesetzt. Mit einem Mikroskop können Objekte unter einem grösseren Sehwinkel betrachtet werden, als dies mit blossem Auge oder einer Lupe der Fall wäre. So werden feinkörnige Substanzen zur optischen Untersuchung auf Glasobjektträgern in Flüssigkeiten bekannter Brechungsquotienten eingebettet und so bestimmt. Wenn jedoch aus Kristallen, Mineralen, Gesteinen oder technischen Produkten Dünnschliffe hergestellt werden, welche zwischen 20 bis 30 μm (Mikrometer) dünn sind, kann mit Hilfe der Polarisationsmikroskopie, das heisst unter Verwendung von polarisiertem Licht die optischen Eigenschaften der Kristalle bestimmt werden.

Polarisationsmikroskop mit Dünnschliff  Polarisationsmikroskop

v.l.n.r.: Polarisationsmikroskop mit Dünnschliffpräparat, Polarisationsmikroskop, 

Gemessen werden dabei fast ausschliesslich vektorielle Grössen wie Lichtbrechung, Reflexion, Absorption, Pleochroismus. Da die optischen Eigenschaften der Kristalle in einem engen Zusammenhang mit ihrem strukturellen Aufbau stehen, lassen sich aus polarisationsoptischen Messungen kristallographische Zuordnungen ableiten.

In vielen Fällen ersetzt die polarisationsmikroskopische Untersuchung teure und zeitraubende chemische Analysen, ganz abgesehen von dem Vorteil, dass es sich um eine meist direkte und zerstörungsfreie Methode handelt.

In den beiden Fotos sehen wir links im polarisierten Durchlicht die Mineralgemeinschaft Granat (gräulich), Biotit-Glimmer (rotbraun) und Feldspat und Quarz (hell); rechts bei gekreuzten Polfiltern Granat (schwarz), Biotit (rot, orange, grün), Feldspat und Quarz (Graufärbung hell bis dunkel).

Granat Glimmerschiefer Granat Glimmerschiefer mit Polarisationsfilter

v.l.n.r.: Dünnschliff eines Granat-Glimmerschiefers unter dem Mikroskop bei linear polarisiertem Licht (entspricht normaler Durchlichtmikroskopie); gleicher Dünnschliffbildausschnitt bei gekreuzten Polarisatoren.

Andere Anwendungsgebiete sind z. B. Texturuntersuchungen von Flüssigkristallen, Untersuchung des Kristallwachstums, Visualisierung von mechanischen Spannungen über die Spannungsdoppelbrechung.

 

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Aug23

Wenn Max Eiselin erzählt, lebt ein Stück Alpingeschichte auf. Der Luzerner Alpinist, Gründer des gleichnamigen Bergsportgeschäfts, hat ein hervorragendes Gedächtnis für Anekdoten, Namen, Episoden und Geschichten aller Art. Das Thema: die Erstbesteigung des zweitletzten noch unbezwungenen 8000er. Die Rede ist vom Dhaulagiri, 8167 Meter hoch, bestiegen am 13. Mai 1960 durch die von Eiselin geleitete Expedition.

Dhaulagiri

Dhaulagiri der spät erklommene 8000er im nepalesischen Himalaya, © Wikimedia

Schweizer in der Pionierrolle

Der Dhaulagiri war bereits Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt, doch seine Erforschung war bis 1949 ausgeblieben. Das überrascht, denn nahezu alle anderen Achttausender waren längst erforscht und Erstbesteigung waren voll im Gang.

Der Geologe Arnold Heim machte 1949 erste Flugaufnahmen des Bergs aus der Nähe. Ab 1950 wurde er von Alpinisten angegangen, zuerst von der berühmten französischen Expedition unter Maurice Herzog. Er befand ihn als zu schwierig und wechselte an den Annapurna I, 8091 Meter hoch, dessen Erstbesteigung – der erste Achttausender überhaupt – dann gelang. In den nächsten Jahren kamen zwei argentinische, eine österreichische und drei Schweizer Expeditionen und 1958 kam auch Max Eiselin zum ersten Mal an den Dhaulagiri. Alle Versuche missglückten. Auf der neu gewählten Nordostsporn-Route gelang dann 1960 die Erstbesteigung seiner Expedition. Zu den Gipfel-Erstbesteigern gehörten die Schweizer Albin Schelbert, Peter Diener, Ernst Forrer, der Österreicher Kurt Diemberger und die Sherpas Nima Dorje und Nawang Dorje. Die erfolgreiche Expedition lässt grüssen!

Nepal_ Dhaulagiri_Expedition_Card_1960

Dhaulagiri Expedition und Erstbesteigung vom 13. Mai 1960 geleitet von Max Eiselin

Geologie am Dhaulagiri im Speziellen und Nepals im Allgemeinen

 

Die mächtigen Bergmassive des Annapurna, Dhaulagiri und Nilgiri, die das Kali Gandaki-Tal zu beiden Seiten flankieren, verfügen über einen heterogenen geologischen Aufbau. Gneisse und Marmor unterschiedlicher Zusammensetzung sind Kennzeichen lokaler Temperatur- und Druckunterschiede während der Gesteinsmetamorphose. Charakteristisch ist die Annapurna Yellow Formation (leukokrate Granite) und der Nilgiri- und Kalapani Kalkstein, der einen starken Dolomitcharakter aufweist und grosse Teile der Gipfel westlich und östlich des Tals ausmacht mit Mächtigkeiten bis zu 1600 m, Gansser 1964.

Kali Gandaki Kalkformationen

Gefaltete Kalkschichten, der aus der Tethys stammenden Gesteinssequenz, im Kali Gandaki-Tal, © Wikimedia

Der Kern des Kali Gandaki-Tals, das übrigens das tiefste Tal der Welt sein soll, entspricht einer 5 km mächtigen, metamorph überprägten Sedimentsequenz aus dem Tethysmeer.

Geologie und Tektonik am Dhaulagiri

Geologische Schichten und Tektonik im Gebiet des Dhaulagiri, © Wikimedia

Die Geologie Nepals im weiteren Rahmen wird bestimmt durch die indisch-eurasische Kontinent auf Kontinent Kollision, die seit 65 Millionen Jahren in Gang ist. Diese Kollision führte bis jetzt zu einer Krustenverkürzung von ca. 2500 km, was der gesamten N-S Länge des Staates Indien entspricht! Diese Krustenverkürzung findet sich in den höchsten Erhebungen des Himalaya, die den grössten Teil Nepals ausmachen. Verkürzungen werden von Deformationsprozessen begleitet und so kommt es zu Auffaltungen, Brüchen und Überschiebungen.

Die grossen Überschiebungszonen sind zudem verantwortlich für die starke Erdbebentätigkeit, wie das Beben vom 25. April 2015 in Nepal zeigt.

 

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Apr05

Der Great Dyke in Simbabwe ist eine NNE-SSW verlaufende, 550 Kilometer lange und 4 bis 11 Kilometer breite, schmale Linie aus mehrheitlich ultramafischen Magmatiten. Er ist wie der Bushveld-Komplex in Südafrika – von dem in einem kommenden Beitrag die Rede sein wird – reich an Mineralen und Erzen.

Bushveld-Komplex, SA und Great Dyke, Simbabwe   Geologische Karte: Great Dyke und Bushveld-Komplex

l.: Die beiden ca. 2.6 Milliarde Jahre alten grossen Strukturen im südlichen Afrika: der Great Dyke in Simbabwe und der Bushveld-Komplex in Süd-Afrika; r.: geologische Situation der Grossstrukturen dieses Gebietes.

Im 19. Jh. wurde der Great Dyke als Ganggestein beschrieben und danach benannt. Ein Dyke bildet sich durch Intrusion von flüssigem Magma in bereits gebildetes Gestein und durchschneidet es diskordant. Heute weiss man, dass der Great Dyke, – wie auch der Bushveld-Komplex – ein Lopolith ist und vor etwa 2,6 Milliarden Jahren gebildet wurde. Ein Lopolith entsteht durch Intrusion magmatischer Schmelzen basisch- bis ultrabasischer Zusammensetzung und hat eine schüsselförmige Form. Die Intrusion ist konkordant zu den umgebenden Schichten. Die Aufstiegswege des magmatischen Materials sind entweder schlotförmig oder als Dykes ausgebildet, siehe Grafik unten links.

Lopolithe sind vom Erdaltertum bis zur Neuzeit vertreten. Sie sind geschichtet wie bei Sedimenten und sehr ausgedehnt. Eine solche Struktur nennt sich “layered complex” oder Schichtkomplex, wofür der Great Dyke wie auch der Bushveld Komplex eindrückliche Beispiele sind.

Der langgezogene Great Dyke besteht aus vier Schichtkomplexen, die Musengezi, Hartley, Selukwe and Wedza Komplexe, siehe Grafik unten rechts.

Lopolith-Intrusion Arten   Great_Dyke

l.: verschiedene Intrusionsarten: 1. Lakkolith (Magma wölbt das Darüberliegende und ist an der Basis schichtparallel), kleine Strukturen, 2. kleiner Dyke, Gang, 3. Batholith oder Pluton, 4. Dyke, senkrechter Gesteinsgang, 5. Sill, Schichtparalleler Gang, Lagergang, 6. Schlot, 7. Lopolith (Magma breitet sich  schichtparallel aus und verformt das Liegende zu einer Wanne),  © Motilla, Wikimedia /  r.: Geologie des Great Dyke, © 11th Platinum Symposium, rev. Judith Kinnaird

Die Metalle Gold, Silber, PlatinChromNickel, und Zinn, werden hier gefördert.

Lagenartig auftretende Chromerzvorkommen, sogenannte Chromite zählen zu den bedeutendsten Lagerstätten der Welt. In den ultramafischen, sulphidreichen Schichten, der “Main Reef Zone” liegen auch bedeutende PGE (PlatinGruppenElemente, Pt, Os, Ir, Rh, Ru, Pd) Vorkommen; es sind über 400 Millionen Tonnen Erz.

Die Bedeutung der PGE Metalle ist aus der vielseitigen Verwendung in der chemischen Industrie, bei der Erdölraffinerie, in der Zahnheilkunde, der Schmuckindustrie und in Katalysatoren zur Abgasreinigung in Benzinmotoren, ersichtlich. 48% der Weltproduktion an PGE ging 1997 in diese Art der Verwendung. Das industrielle Interesse wird weiterhin steigen, was das internationale Interesse an und die Suche nach Platinlagerstätten angekurbelt.

 

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Nov10

Nicht Sie liebe Leser sind angesprochen, vielmehr stellt sich diese Frage bei Verformungsvorgängen in der Geologie. Dieses Gebiet der Geologie nennt sich Strukturgeologie. Hier ist Geometrie und Physik gefragt und hier geht es immer um Deformation bzw. Verformung. Es werden Falten, Brüche und das Gefüge von Mineralen im Gestein untersucht. Diese geben Aufschluss über die Entstehung der Erdkruste und des oberen Erdmantels und das Kräftefeld, das während der Entstehung des Gesteins herrschte. Ziel ist die Rekonstruktion der Kinematik, also der Bewegung und der Dynamik, dem Wirken der Kräfte.

Es gibt grundsätzlich zwei Arten der Verformung, die Spröde und die Plastische.

Bei der bruchhaften Verformung verhalten sich die Gesteine spröde und zerbrechen. Es kommt zu Bruchbildung. Diese Art kommt im ausgekühlten, oberen Teil der Erdkruste vor.

Schokoladentafelstruktur © JPB tektonische Kluefte  San-Andreas Verwerfung © Wikipedia steilgestellte Schichten ©Wikimedia

v.l.n.r.: spröde Verformung: «Schokoladentafel»-Struktur ©JPBurg; tektonische Klüfte; San-Adreas Verwerfung; steilgestellte Schichten ©WikimediaCommons

Bei der duktilen Verformung verhalten sich die Gesteine plastisch und verformen sich ohne zu zerbrechen. Man nennt es auch Fliessen im festen Zustand. Diese Art wirkt in der warmen, unteren Erdkruste.

abtauchende Falte kilometerlange Falten in Sedimentschichten Liegende Falten Albulastrasse Meterlange Falten in metamorphem Gestein Ferdenrothorn Wallis

v.l.n.r.: plastische Verformungen: abtauchende Falte, kilometerlange Falten in Sedimentschichten; liegende Falten an der Albula-Strasse; Meterlange Falten; verfaltetes Ferdenrothorn im Wallis. © WikimediaCommons

Auch die Geschwindigkeit der Deformation beeinflusst die Art der Verformung. Eine schnelle Deformation bewirkt eine spröde Verformung, es kommt zu Bruchbildung, z.B. Crushen von Eis. Bei langsamer Deformation kommt es zu duktiler Verformung, z.B.  das “Fliessen” von Gletschern.

Gletscherspalten ©M.Hambrey  Bering Gletscher © J.Alean-M.Hambrey Verfaltung im Gletscher ©M.Hambrey

v.l.n.r.: Gletscherspalten treten in Zonen mit beschleunigter Bewegung gehäuft auf. Saleina Gletscher, Wallis; der riesige Bering Gletscher zeigt geschwungene Mittelmoränen; Innerhalb des Gletschers verformt sich das Eis plastisch. Bestehende Schichten können gefaltet werden. Griesgletscher in den Schweizer Alpen. Alle Fotos © M. Hambrey

Grundsätzlich geht es in der Strukturgeologie stets um Kräfte, die Spannungen erzeugen und in einer Verformung (spröde oder plastisch) enden! Dies wurde schon früh erkannt. Erste strukturgeologische Versuche wurden denn in Schottland schon im ausgehenden 19. Jahrhundert durchgeführt, wie wir unten sehen.

Kraft - Spannung - Verformung ©Wikimedia

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