Der Himalaja oder der pazifische Tiefseegraben sind eindrucksvolle Zeugen tektonischer Kräfte. Doch selbst sie wachsen im Jahr nur wenige Millimeter bis Zentimeter - genauso wie ihre weniger auffälligen Kollegen, die sogenannten Deformationsbänder. Diese treten in weichen, porösen Gesteinsschichten, wie Sandstein, auf. Entstehen tun sie dort, wo grobkörnige Gesteine von Scherkräften der darüber- und darunterliegenden Gesteinshorizonte bewegt werden oder eine Volumenveränderung erfahren.
Im Gegensatz zu einer sogenannten Verwerfung, bei der die Gesteinsschicht bricht, werden in den Deformationsbändern aber nur Gesteinskörner zermahlen oder neu organisiert. Dabei ändern sich jedoch die Porosität des Gesteins und damit seine Permeabilität für Flüssigkeiten. So tragen Deformationsbänder zur Bildung und Struktur von Öl- oder Wasservorkommen bei. Ihre Bildung und Wirkung auf das umgebende Gestein besser zu verstehen, stand im Fokus des dreijährigen FWF-Projekts "Modellierung natürlicher Störungssysteme", das Ulrike Exner vom Department für Geodynamik und Sedimentologie seit 2007 leitet und das in Kürze abgeschlossen wird.
Die Körnung macht's
Im Zuge der Forschungsarbeit konnten die Geologin und ihr Team zeigen, dass Deformationsbänder im Eisenstadt-Sopron-Becken nahe des Neusiedlersees aufgrund der relativ groben Körnung einen Gradienten in der Intensität ihrer Verformungen aufzeigen. Dieser Gradient verläuft vom undeformierten Nebengestein hin zum Zentrum des Deformationsbands.
"Die hier verantwortlichen Zugspannungen wirken im rechten Winkel auf das Gestein des Deformationsbands. Doch wir haben auch festgestellt, dass es einen Verformungsgradienten parallel zur Orientierung der Bruchzone gibt", erklärt die Projektleiterin: "Bei diesem ist der größte Versatz in der Mitte des Deformationsbands zu erkennen. Nach oben und unten hin nimmt dieser dann ab." Die Konsequenz dieser beiden unterschiedlich ausgerichteten Verformungsgradienten ist eine Verfaltung der umgebenden Sedimentschichten.
"Widersinnige Schleppung"
Die weitere Wirkung dieser inhomogenen Deformationen im Gestein erläutert Ulrike Exner so: "Die umgebenden Gesteinshorizonte beginnen sich zu verbiegen - ein Effekt, der als 'Reverse Drag' oder 'widersinnige Schleppung' bezeichnet wird. Bei eng nebeneinanderliegenden Deformationsbändern können sich solche Schleppungen - oder Verdrehungen - sogar überlagern. Dann gibt es zunehmend wildere Muster."
Doch selbst für diese wilden Muster gibt es Erklärungsmodelle, wie Exner weiter ausführt: "Das sogenannte Domino-Modell erklärt sie mit dem Rotieren von Gesteinsblöcken zwischen den verschiedenen Deformationsbändern. Da das Gestein noch weich ist und die Verformung sehr langsam vor sich geht, verhalten sich diese Blöcke zähflüssig und lassen sich leicht verformen."
Auffällig ist bei den untersuchten Deformationsbändern das Verhältnis zwischen dem Versatz der sich gegeneinander verschiebenden Gesteinsschichten und der Länge der Deformationsbänder. Mit 1:100 bis zu 1:10 sind diese Verhältnisse ungewöhnlich groß. Eine Tatsache, die laut Exner die Entstehung von "widersinnigen Schleppungen" begünstigen könnte.
Anwendungsorientierte Forschung
Obwohl sich die Vorgänge, die Exner untersucht, in geologischen Tiefen abspielen, ist die praktische Bedeutung ihrer Arbeit unmittelbar erlebbar: Deformationsbänder bilden sich vor allem in porösem Gestein, das auch als Lagerstätte für Öl oder Wasser dient. Deformationsbänder ändern die Porosität und können so die Förderung von Öl oder Wasser beeinflussen.
Und selbst in "himmlischen Höhen" haben die Ergebnisse Bedeutung: Der Kalksandstein (Leithakalk) des Wiener Stephansdoms stammt aus dem Eisenstadt-Sopron-Becken. Auch seine Porosität - und damit sein Verhalten gegenüber Umwelteinflüssen und Schutzmaßnahmen - werden von Deformationsbändern beeinflusst. Letztere bleiben auch künftig der Forschungsschwerpunkt von Ulrike Exner: Im Folgeprojekt, das die Geologin seit März 2010 im Rahmen eines Elise-Richter-Stipendiums durchführt, stehen "mechano-chemische Feedback-Prozesse in Deformationsbändern" im Mittelpunkt. (FWF/br)
Das FWF-Projekt "Modellierung natürlicher Störungssysteme" unter der Leitung von Mag. Dr. Ulrike Exner vom Department für Geodynamik und Sedimentologie hat eine Laufzeit von drei Jahren. Es begann im Oktober 2007 und endet im September 2010. Die Projektergebnisse wurden auf dem "European Geosciences Union General Assembly 2010" von 2. bis 7. Mai in Wien präsentiert. |
