Die Bruchstruktur der sialischen Erdkruste [Reprint 2021 ed.] 9783112566282, 9783112566275

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Berichtigungen zu : O . C . Hilgenberg, Die Bruchstruktur der sialischen Erdkruste Seite SB, Zeile

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(427) K.KBhler,Berlin-Mahlsdorf

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XVII. P.I.L.V. NB. 1 9 9 / 5 0

DK 551.41/.42 620.I72/.I76 539-375-5

DIE BRUCHSTRUKTUR DER SIALISCHEN ERDKRUSTE VON

DR.-ING. OTT C H R I S T O P H

HILGENBERG

M I T 4 T A F E L N U N D +0 A B B I L D U N G E N

19 4 9 A K A D E M I E - V E R L A G

B E R L I N

Copyright 1949 by Akademie-Verlag, Berlin Alle Rechte vorbehalten

Erschienen im Akademie-Verlag GmbH., Berlin NW 7, Schiffbauerdamm 19 Verlags-Lizenz-Nr. 156 • 3592/48-3182/48 Gedruckt vom Leipziger Druckhaus, Leipzig (M 1 1 5 ) Bestell- und Verlags-Nr. 5022

Inhaltsverzeichnis Seite

1 Frühere Versuche, eine gerichtete Struktur der Erdrinde aufzudecken

. . . .

2 Das empirisch festgestellte Bruchschema der Erdrinde 21 Ein neues Richtungsschema 22 Zulässige Abweichungen vom Richtungsschema

2 2 6

23 Das „Bruchschema" und seine Handhabung 24 Beispiele für die Zuordnung von Strukturlinien der Erdrinde zu typischen Richtungen des ,,Bruchschemas" 241 Westdeutschland 242 Südskandinavien 243 Südsumatra 244 245 246 25 Die

i

7 8 8 17 21

Südostaustralien Nordchile Südpalästina Orientierung des Bruchschemas in den einzelnen Erdteilen

22 23 25 27

251 Europa

28

252 Asien 253 A f r i k a

28 28

254 Südamerika 255 Nordamerika 256 Australien

28 28 29

257 Antarktika 26 Deutungsmöglichkeiten der im Abschnitt 25 beschriebenen des Bruchschemas in den einzelnen Erdteilen

29 Orientierung

3 Statistischer Nachweis der dem Bruchschema entsprechenden Struktur Grönlands 31 Versuch zur Orientierung des „Bruchschemas" mit Hilfe des grönländischen Fjordsystems 32 Festigung der auf dem Fjordsystem beruhenden Orientierung des „ B r u c h schemas" durch geographische Belege aus der Karte Grönlands im Maßstab 1:2000000 ;

29 31 31

33

321 Südostgrönland

34

322 Südwestgrönland 323 Nordwestgrönland 324 Nordostgrönland

36 38 41

33 Festigung der auf dem Fjordsystem beruhenden Orientierung des „ B r u c h schemas" in Grönland durch geographische und geologische Belege aus Karten in größerem Maßstabe

44

331 Südostgrönland 332 Südwestgrönland

44 57

333 Nordwestgrönland 334 Nordostgrönland

59 62

IV

Inhaltsverzeichnis

4 Vergleich von Schwächenetzen, die bei Festigkeitsversuchen auftreten, mit der Bruchstruktur der Erdrinde 41 Obereinstimmung von Richtungen von Fließfiguren auf Prüfkörpern und von Bruchflächen an Prüfkörpern mit dem Bruchschema der Erdrinde auf Grund bekannter Versuche

Seite

66

66

4 1 1 Mutmaßliche Richtungen der Hauptspannungen in der Erdrinde . . .

67

4 1 2 Unterschiede zwischen dem Schwächeflächennetz eines zähen und eines spröden Werkstoffes, Entstehung von z- und ¿-Flächen im Anschluß an die Entstehung von 5- und ^'-Flächen

68

4 1 3 Die Größe der von Schwächeflächen eingeschlossenen Winkel nach früheren Festigkeitsversuchen

69

4 1 4 Theoretische Grenzwerte von Scherbruch winkeln beim Druck- und Zugversuch

73

42 Neue Versuche, bei denen die das Bruchschema der Erdrinde kennzeichnenden Winkel auftreten, bzw. die zur Deutung des Auftretens dieser Winkel beitragen

78

4 2 1 Scherungsversuch mit einer mit Paraffin überzogenen Gummimembran 78 422 Die Ergebnisse von Druck-, Verdreh- und zweischnittigen Scherversuchen mit Paraffin-Prüfkörpern in Mohrscher Darstellung als angenäherte Bestätigung für die Übereinstimmung des Richtungsschemas der Erdkruste mit dem bei Festigkeitsversuchen auftretenden Schwächeflächennetz So 423 Bestimmung der Neigung der Mohrschen Umhüllenden für Messing und Leichtmetall durch Torsionsversuche und Druck- bzw. Zugversuche 85 424 Zug- und Druckversuche mit verschieden geneigt genuteten MetallPrüfkörpern 425 Druckversuche mit Hartpapier-Prüfkörpern verschiedener Schichtungsneigung

88 94

5 Nachtrag vom J a h r e 1949

98

6 Zusammenfassung

99

7 Schrifttum

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i FRÜHERE VERSUCHE, EINE G E R I C H T E T E S T R U K T U R DER ERDRINDE A U F Z U D E C K E N Der Gedanke, daß in der Erdoberfläche eine gesetzmäßig gerichtete Struktur zum Ausdruck komme, ist so vielerseits als verfolgenswert in Betracht gezogen worden, daß die wenigen hier angeführten Beispiele derartiger Veröffentlichungen nur als geringer Bruchteil des einschlägigen Schrifttums bezeichnet werden können. Immerhin geben die zusammengefaßten Schrifttumsverzeichnisse dieser wenigen Beispiele einen einigermaßen vollständigen Überblick über dieses Schrifttum. Bereits vor 90 Jahren vertrat Weiss (1856) die Meinung, daß der Geomorphologie Thüringens ein Netz mit vier um je 45 0 voneinander abweichenden ausgezeichneten Richtungen zugrunde liege. Daubree (1880) zog als erster die Festigkeitslehre zur Deutung geologischer Vorgänge heran. Seine bahnbrechenden Druck- und Torsionsversuche, seine geomorphologischen Studien und Analogien zu Festigkeitsversuchen, sowie seine Messungen an Verwerfungen waren grundlegend. Auf sie wird nachfolgend im einzelnen zurückgekommen. Im Gegensatz zu Weiss (1856) findet Deecke (1908) durch Vergleichen von charakteristischen Strukturrichtungen und von im Erdrelief vorhandenen auffallenden Winkeln, daß typische Richtungen nicht um 45 0 voneinander abweichen, sondern daß Winkel von 30 60°, 90 120 0 und 150° eine Rolle spielen. Des weiteren behauptet Deecke eine Zuordbarkeit von Strukturrichtungen auf ein und denselben Großkreisen der Erde. Neben Geologen und Geographen haben namentlich Seismologen die Idee des Bestehens einer gerichteten Struktur der Erdkruste aufgegriffen. So bezeichnet Hobbs auffällig gerade landschaftliche Linien als „ E r d lineamente", unabhängig davon, ob sie als Erdbebenlinien erwiesen sind; vgl. Hobbs u. Ruska (1910). In gleicher Weise wie Hobbs sucht Sieberg (1932) als Erdbebenforscher einen Großschollenbau der Erdrinde nachzuweisen. Nach Daubree war namentlich Seidl (1930, 1934) bestrebt, Berührungspunkte zu finden zwischen den Gebieten der Festigkeitslehre und der Geotektonik. Auf typische Wiederholungen von Großformen Deutschlands und deren Beziehungen zu den Großformen der Erde weist Solger (1935) hin. Ähnlich wie Deecke ist Sonder (1938) von einer Bruchstruktur der Erdkruste überzeugt, die er den „lineamenttektonischen Kluftplan der E r d e " nennt. Hilgenberg, Bruchstruktur

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2 DAS E M P I R I S C H F E S T G E S T E L L T E BRUCHSCHEMA DER ERDRINDE 21 Ein neues Richtungsschema Die erwähnten Richtungsschemata von Weiss (1856, Tafel 16) und Deecke (1908) sind in Abb. 1 und Abb. 2 dargestellt. Sie weichen so sehr voneinander ab, daß man sie als einander widersprechend bezeichnen muß. Das Schema nach Abb. 1 entspricht dem Schwächeflächennetz der Festigkeitslehre, bei dem theoretisch Verschiebungen in den Ebenen der größten Scherbeanspruchung entstehen, die mit der größten und kleinsten Hauptspannung einen Winkel von 45° bilden; vgl. Abschnitt 411 (lies: vier/eins/ eins). Manche geologische Feststellungen sprechen hingegen für das von Deecke vorgeschlagene Schema nach Abb. 2. Beispielsweise schreibt Krueger (1930, S. 114) über eine ,,senkrechte oder spießwinklige Anordnung der Kluft-

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I A b b . 1. R i c h t u n g s s c h e m a zur geomorphologischen Struktur Thüringens nach Weiss (1856).

A b b . 2. A u s d e n Feststellungen v o n Deecke (1908) über das A u f t r e t e n v o n vorherrschenden W i n k e l n in der S t r u k t u r der E r d o b e r f l ä c h e konstruiertes Richtungsschema.

A b b . 3. Empirisch gefundenes R i c h t u n g s s c h e m a für Strukturlinien auf der E r d o b e r f l ä c h e .

systeme", während Elbert (1912, S. 339, 341) den Ausdruck ,,rhomboidales Spaltengitter" geprägt hat. Ich selbst habe bei dem Versuche, hypothetische Scherungsnetze in Nordamerika nachzuweisen, zahlreiche Zuordnungen von beobachteten Strukturlinien zu den vier typischen Richtungen des Schemas nach Abb. 1 vornehmen können; vgl. Hilgenberg (1933, S. 11 •••21,. Tafel 2) sowie Hilgenberg (1940, S. 261 •••262). Gerade der Umstand, daß

3

Ein neues Richtungsschenia

dieses Richtungsschema im Gegensatz zu vielen im Kartenbild nachweisbaren Liniengittern keine rhombische Struktur erkennen läßt, bewog mich dazu, es aufzugeben. Jedoch gelangte ich nicht zu dem gleichen Ergebnis wie Deecke, sondern zu dem in A b b . 3 dargestellten Richtungsschema. Senkrecht zu der als ¿-Richtung bezeichneten Richtung dieses Schemas war, worauf noch zurückgekommen wird, vermutlich eine Zugspannung wirksam. Senkrecht zur ¿-Richtung war mutmaßlich eine Druckbeanspruchung wirksam, während d

s'

A b b . 4. Gewässernetz der Hochebene v o n C h a m y und C o u r t e n a y in Frankreich, schematisiert, nach Daubrie (1880). D i e ^-Richtung des n a c h t r ä g l i c h zugeordneten R i c h t u n g s s c h e m a s nach A b b . 3 ist identisch m i t der O s t - W e s t - R i c h t u n g .

längs der Richtungen s und s' vermutlich Schub- oder Scherungsbeanspruchungen herrschten. Dementsprechend wurden die Bezeichnungen der typischen Richtungen in A b b . 3 gewählt. Die Schubrichtungen s und s' weichen um je 40 0 von der ^-Richtung, der mutmaßlichen Richtung von Zerrungsspalten, ab. Mit der ¿-Richtung bilden sie demnach Winkel von je 50 Typische Richtungsunterschiede sind 40 50 80 90 100 130° und 140 °. Von diesem Schema nach A b b . 3 könnte man nachträglich sagen, es sei durch Mittelbildung aus A b b . 1 und A b b . 2 entstanden in der Weise, daß der A b b . 1 etwas höheres Gewicht zuerkannt sei; denn die s- und die s'-Richtung von A b b . 3 weichen um 5 0 ab von den entsprechenden Richtungen in Abb. 1, hingegen um 10 0 von den entsprechenden Richtungen in A b b . 2. Das in Abb. 3 dargestellte Richtungsschema fand ich empirisch durch Ausmessen zahlreicher Strukturnetze wie das in A b b . 4 angegebene, das 1*

4

D a s empirisch festgestellte Bruchschema der Erdrinde

v o n Daubree s t a m m t ; vgl. Daubree (1880, S. 276 — 277, Tafel 4, Fig. 2 u. 3). In dem Gewässersystem dieser, hier im Maßstab 1:720000 wiedergegebenen Kartenskizze der südwestlich v o n Joigny (Yonne) gelegenen Hochebene v o n Charny (Aube) und Courtenay (Loiret) in Mittelfrankreich kommt neben einer rechtwinkligen Struktur auch eine rhombische Struktur zum Ausdruck. Senkrecht zueinander stehen die Richtungen z und d. Einen W i n k e l von 80 0 bilden die Richtungen s und s' miteinander. Die in der rechten Hälfte von A b b . 4 vorgenommene Schematisierung der Richtungen von Wasserläufen der K a r tenskizze in der linken H ä l f t e v o n A b b . 4 stammt v o n Daubree, während von mir das Richtungsschema nach A b b . 3 hinzugefügt wurde. Das Richtungsschema ist im vorliegenden Fall so orientiert, daß die ¿-Richtung in Ostwestrichtung verläuft. In abgekürzter Schreibweise, mit der international geltenden A b kürzung E für „ O s t e n " ist ^ = E-W. Ganz ähnlich wie in A b b . 4 läßt sich das RichA b b . 5. D e m R i c h t u n g s s c h e m a n a c h A b b . 3, entsprechend N 4 7 0 W , zugeordnetes G e w ä s s e r n e t z des tungsschema nach A b b . 3 B e r g l a n d e s v o n T r a v a n c o r e zwischen 1 0 ° und 9 0 30' N auch der v o n Krebs (1933, sowie 76° 46' und 7 7 ° E nach Krebs (1933) b z w . d e m B l a t t 58 C N E der indischen L a n d e s a u f n a h m e . S. 246, Fig. 26) beschriebenen Gewässernetzkarte des Berglandes v o n Travancore in Vorderindien zuordnen; vgl. A b b . 5. Die 2-Richtung ist hier so orientiert, daß sie, westlich gedreht, u m einen W i n k e l v o n 4 7 0 v o n Norden abweicht. Die Gleichung z = N 47 0 W gibt diese Streichrichtung der ¿-Richtung in abgekürzter Schreibweise wieder. D a s A u f t r e t e n v o n zusätzlichen abweichenden Richtungen im Kartenbild, z. B . der Richtung N 20° W im Westteil v o n A b b . 5, ist wahrscheinlich der Grund dafür, daß das von mir vorgeschlagene Richtungsschema nicht schon eher gefunden wurde.

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