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Mechanische Analyse tektonischer Bewegungen

Kienow, S.

Kurzfassung

Als Beispiel wird die Verbiegung eines Krustenteiles unter der Wirkung von Unterströmungsvorgängen behandelt. Vorausgesetzt wird, daß die Oberkruste angenähert den Gesetzen der Elastizitätstheorie gehorcht, wobei anstatt des normalen Elastizitätsmoduls der wesentlich kleinere "Kriechmodul" eingeführt werden muß, um den langsamen bleibenden Deformationen unterhalb der Fließgrenze Rechnung zu tragen. Angesichts der geringen hier in Rede stehenden Beanspruchungen ist diese Annahme zweifellos zulässig. Die mit zunehmender Teufe anwachsende Temperatur muß die Materialeigenschaften in dem Sinne verändern, daß die elastischen Verformungen zurücktreten und zähe Fließbewegungen immer mehr die Oberhand gewinnen. Schließlich können wir das Material als eine "zähe Flüssigkeit" betrachten, welche dadurch charakterisiert ist, daß die Spannung nicht einer Deformation, sondern einer Deformationsgeschwindigkeit proportional ist. Wir bezeichnen die durch ein solches mechanisches Verhalten charakterisierte Zone der Erdkruste als "Unterkruste". Die Grenze zwischen der elastischen Oberkruste und der zähen Unterkruste liegt nicht fest, ihre Lage ist vielmehr von dem Geschwindigkeitsbereich abhängig, in dem sich die Deformationen abspielen: Bei sehr raschen Bewegungen, wie seismischen Schwingungen, umfaßt der elastische Bereich den ganzen Erdmantel, und nur der Erdkern reagiert als Flüssigkeit, extrem langsamen Vorgängen gegenüber, wie Polabplattung und Polverlagerung, verhält sich dagegen die gesamte Erde als zähe Flüssigkeit, so daß die elastische Oberkruste fehlt. Die tektonischen Bewegungen stehen in ihrer Geschwindigkeit zwischen diesen Extremen, bei ihnen ist eine teilelastische Oberkruste von 20 bis 40 km Dicke vorhanden. Die Eigenart der tektonischen Vorgänge beruht auf der Wechselwirkung zwischen Ober- und Unterkruste. Horizontale Relativverschiebungen zwischen beiden sind nur möglich, wenn in der Oberkruste feste, widerstandsfähige Massen vorhanden sind, welche sie hindern, an den Bewegungen der Unterkruste teilzunehmen. In solchen Fällen entsteht in der Oberkruste ein Spannungszustand, bei welchem den Schubspannungen an der Unterseite Druckspannungen am Widerlager entgegenwirken. (Abb. 1). Bei einer derartigen Beanspruchung ist wohl das Gleichgewicht gegen Verschiebung in horizontaler Richtung gewahrt, nicht aber das gegen Verdrehung, da die Wirkungslinien der Druckkräfte mit denen der Schubkräfte an der Basis nicht zusammenfallen.