Scherspannungen während der Deformation von Kontinenten

Kontinente verhalten sich auf geologischen Zeiträumen wie sehr zähe Flüssigkeiten mit sehr hoher Viskosität. Wie hoch diese Viskosität von Kontinenten ist, bestimmt wie groß die Gebirge auf der Erde wachsen können und welchen seitlichen Druck sie auf ihre Umgebung ausüben. Die Festigkeiten, Viskositäten und Verformungsgeschwindigkeiten von Gesteinen sind daher ein wichtiges Thema der Plattentektonik und eine Reihe von Forschungsgruppen arbeiten daran diese Parameter zu bestimmen. Manche Gruppen messen diese Parameter im Labor und manche versuchen sie mit strukturgeologischen Methoden im Gelände zu messen. In diesem Projekt haben wir die chemische Zusammensetzung und die Form einzelnen Granatkristallen dazu zu verwendet: (a) die Festigkeit und (b) die Verformungsgeschwindigkeit von Gesteinen zu messen. Wir haben dazu 2 große Scherzonen ausgewählt an denen wichtige Plattentektonische Bewegungen stattfanden: die Plattengneis Scherzone in der Steirischen Koralpe und die Redbank Thrust in Zentralaustralien. Der Plattengneis ist eine flach liegende Scherzone entlang derer dicke Gesteinsschichten von Süd nach Nord übereinandergeschoben wurden. Die Redbank Thrust ist eine steil stehende Scherzone die seismisch bis in den Erdmantel verfolgbar ist. Neben einer Reihe von Detailstudien, die alle Veröffentlichungen in internationalen Fachzeitschriften resultiert haben, wurden unsere Arbeiten auf 4 Schwerpunktstudien fokusiert: 1. Am Plattengneis haben wir ein Nord-Süd Profil von Maribor bis Leoben beprobt und konnten zeigen, dass der Plattengneis in der Mitte des Profils in einer Tiefe von über 60 km gebildet wurde, wogegen die Bildungsdtiefen der Gesteine nach Norden und Süden kontinuierlich abnehmen. Wir konnten auch zeigen dass das Verhältnis aus Bildungstemperaturen und Bildungstiefen keinem normalen geothermischen Gradienten entspricht und das daher andere Wärmequellen. z.B. Reibungswärme, bei der Bildung eine Rolle spielen müssen 2. Im Plattengneis beobachtet man häufig die Bildung von dunklem Glimmer in "Druckschatten" hinter großen Feldspatkristallen. Wir haben mittels numerischer Methoden berechnet wie groß Druckunterschiede innerhalb einer Probe bei der Verformung sein können um solches Kristallwachstum zu verursachen und konnten zeigen dass dies in der Größenordnung von etwa 10^8 Pascal liegt. 3. An der Redbank Thrust haben ein Profil quer zur Scherzone beprobt und mittels einer Reihe radiometrischer Datierungsmethoden die Alter auf beiden Seiten der Scherzone bestimmt. Wir konnten dadurch eine detaillierte Geschichte der Scherzone entwerfen und zeigen dass sein 2000 Millionen Jahren zumindest 4 mal Bewegung an der Scherzone stasttfand. 4. Eine konzeptionelle Idee die wir im Rahmen der Arbeiten an der Redbank Thrust verfolgt haben betrifft die Bestimmung von Verformungsraten mittels Einzelkristallen. Wir haben spiralförmig gewachsenen Einzelkristalle gefunden, die durch gleichzeitiges Wachstum und Rotation der Kristalle im Gestein entstanden sind. Mittels Spurenelementchemie haben wir die Wachstumsrate des Kristalls bestimmt und mittels numerischer Berechnungen seine Rotationsrate. Aus einer Kopplung der Ergebnisse konnten wir Verformungsraten von 10^-14 s^-1 abschätzen.