Falten
Eine durch Faltung entstandene Verbiegung oder Verkrümmung einer ehemals horizontal geschichteten Gesteinseinheit in allen Größenordnungen. Je nach Form unterscheidet man Knickfalten, Biegefalten oder Fließfalten. Die Faltenformen Sattel (Antiform) und Mulde (Synform) sind abhängig von der Mächtigkeit des verfalteten Schichtpaketes, den mechanischen Eigenschaften der Gesteine, dem Vorhandensein von Abscherflächen und auftretenden Spannungen.
Die wichtigsten Faltenelemente sind der Sattelscheitel mit der Sattelachse (Faltenachse), die Faltenschenkel und der Faltenkern. Bei Faltenbündeln (Faltenpaket) ist der Faltenspiegel eine gedachte Fläche durch die Kamm- bzw. Basislinien.
Terminologie
Um die vielfältigen Faltenarten beschreiben zu können, ist eine umfassende Terminologie entstanden.
Scharnier, Faltenschenkel, Faltenachse
Der Abschnitt einer Falte mit dem geringsten Krümmungsradius wird als Scharnier
bezeichnet, die Abschnitte mit einem größeren Krümmungsradius als (Falten-)Schenkel
. Durch die Verbindung der Scharniere erhält man die Faltenachse
. Zusammen mit der Höhe der Falte, spannt diese die - gedachte - Faltenachsenfläche
auf.
Sind beide Faltenschenkel gleich lang, bildet die Faltenachsenfläche die Symmetrieebene einer - symmetrischen - Falte. Sind die Faltenschenkel ungleich lang, ist die Falte asymmetrisch.
Der topographisch höchste Punkt einer Falte ist der Scheitel
, der topographisch niedrigste Punkt der Trog
. Verbindet man die Scheitelpunkte einer Falte, erhält man die Scheitellinie
, verbindet man die Trogpunkte, die Troglinie
.
Da Falten dreidimensionale Körper sind, ändern Scheitel- und Trogline ihren Verlauf vertikal und horizontal - die topographisch hohen Punkte entlang einer Scheitel- oder Trogline werden als Kulmination
, die topographisch niedrigen Punkte als Depression
bezeichnet.
Wendepunkte
bezeichnen die Stellen einer Falte, an welcher sich die Krümmung von konkav zu konvex ändert. Die Verbindung mehrer Wendepunkte ist die Wendelinie.
Öffnungswinkel
Der Öffnungswinkel
einer Falte wird von den durch die Wendepunkte verlaufenden Tangenten an den Faltenschenkeln bestimmt.
Anhand des Öffnungswinkels lassen sich Falten klassifizieren: Eine Falte mit einem Öffnungswinkel von 180-120° wird als offene
, stumpfwinklige
Falte bezeichnet, bei einem Winkel von 120-70° spricht man von einer offenen
, spitzwinkligen
Falte. Verringert sich der Öffnungswinkel auf 70-30° ist die Falte geschlossen
, bei Werten unter 30° eng
. Liegen die Faltenschenkel parallel zueinander, spricht man von einer isoklinalen
Falte.
Eine nach oben konvexe Falte bildet eine Antiform
, eine nach unten konkave Falte eine Synform
.
Die Begriffe Antiklinale
und Synklinale
beziehen sich auf die Stratigraphie - liegen die stratigraphisch ältesten Gesteinseinheiten im Faltenkern einer Antiform, handelt es sich um eine Antiklinale, wird der Faltenkern einer Synform durch die stratigraphisch jüngsten Gesteine gebildet, handelt es sich um eine Synklinale.
Bei überkippter Lagerung mit den ältesten Schichten im Kern einer Synform spricht man von einer synformen Antiklinale
und von einer antiformen Synklinale
, wenn sich das jüngste Gestein im Kern einer Synform befindet.
Falten, deren Faltenachsen vertikal verlaufen, besitzen weder eine Antiform, noch eine Synform. Sie werden daher als neutrale Falten bezeichnet.
Aufrechte, geneigte und liegende Falten
Falten mit einer senkrecht stehenden Achsenfläche heißen aufrechte
Falten. Fällt die Achsenfläche ein, sind die Falten geneigt
. Je nach Einfallswinkel der Achsenfläche unterscheidet man in steil (80-60°), mittelsteil (60-30°) und flach (30-10°) geneigte Falten. Falten, deren Achsenflächen unter 10° einfallen oder horizontal verlaufen, sind liegende
Falten. Rotiert eine Achsenfläche um über 90°, liegt eine Tauchfalte
vor.
Als Vergenz wird die Richtung der Neigung einer geneigten oder überkippten Falte bezeichnet. Ist eine Falte nach Südosten geneigt, zeigt sie eine Südost-Vergenz/ist Südost-vergent.
Parallele und kongruente, harmonische und disharmonische Falten
Falten mit senkrecht zu den Schichtflächen konstanter Schichtmächtigkeit sind parallele
Falten. Falten dieser Art sind in ihrer Höhe begrenzt, haben also - auf ihre Höhe bezogen - einen Anfang und ein Ende. Die unverfaltete Basis solcher parallelen Falten heißt Décollement.
Bei kongruenten
Falten sind die Faltenschenkel ausgedünnt und der Bereich um das Scharnier verdickt. Im Idealfall lassen sich kongruente Falten endlos übereinander stapeln, da sie in jeder Schicht ihre Form beibehalten. Solche Falten bezeichnet man als harmonisch
. Im Gegensatz dazu ändern disharmonische
Falten ihre Form in den unterschiedlichen Schichten.
Faltentypen
Neben den oben erwähnten Klassifizierungsmöglichkeiten von Falten nach dem Öffnungswinkel, der Neigung etc., lassen sich Falten anhand ihrer Geometrie - abhängig vom Gestein, dem Druck, der Richtung des Drucks, der Temperatur und sonstigen tektonischen Einflüssen (Verwerfungen etc.) - in weitere verschiedene Faltentypen unterteilen.
Es existieren drei Grundtypen: die Biege-/Knickfalte
, die Scherfalte
und die Fließfalte
.
Biege-/Knickfalten
Biege-/Knickfalten entstehen durch seitliche Einengung. Dabei werden Gesteinsschichten wellenartig verbogen und/oder geknickt. Entlang von Schichtflächen findet dabei eine Verschiebung der einzelnen Schichten gegeneinander statt.
Scherfalten
Im Gegensatz zur Biegefaltung findet bei der Bildung von Scherfalten keine Gleitbewegung entlang der Schichtflächen statt, sondern die Scherung erfolgt senkrecht zu den Schichten, bzw. senkrecht zur Achsenebene. Dabei werden die Schenkel ausgedünnt und der Bereich um das Faltenscharnier verdickt - es bilden sich im Idealfall parallele Falten aus.
Fließfalten
Fließfalten entstehen durch unregelmäßige Faltungen in hochbeweglichen Medien, wobei Verfältelungen erneut gekrümmt, aufgewickelt oder verwirbelt werden können. Typischerweise treten sie in hochmetamorphen Gesteinen, unkonsolidierten Sedimenten oder Salzgesteinen auf.
Verschiedene Faltentypen
Fächerfalten
Bei Fächerfalten divergieren die Faltenschenkel in Richtung des Scheitels. Dies führt zu einer Falte mit einer rundlichen Verdickung des Scheitels und fächerartig angeordneten Faltenschenkeln. Der Faltenkern wird dabei meist aus mehr oder weniger inkompetentem Gestein, welches sich leichter verformen lässt, gebildet.
Kofferfalten
Kofferfalten sind Falten, die, hervorgerufen durch Knickung der Schichten, mit einem flachen Scheitel und fast rechtwinklig stehenden, steil einfallenden Schenkeln die Form eines Rechteckes besitzen.
Chevron-Falten sind auffallend spitzwinklige, symmetrische Knickfalten mit eckigen Faltenscheiteln. Chevronfalten sind typisch für inkompetente Gesteine, welche eine ausgeprägte planare Anisotropie besitzen (Phyllite, Glimmerschiefer..).
Pilzfalten
Pilzfalten gleichen in mit ihren meist steil stehenden Schenkeln und dem verdickten Faltenscheitel auf den ersten Blick den Fächerfalten, allerdings wird die Verdickung am Faltenscharnier durch die Auffaltung begleitende Aufschiebungen hervorgerufen. Wenn der der Faltung entgegengesetzte Druck zu groß wird, kommt es zur Anlage einer Aufschiebungsbahn. Durch anhaltenden Druck aus der Auffaltungsrichtung bildet sich anschließend eine Rücküberschiebung aus und der Faltenscheitel wird entlang der zwei Störungsflächen als Keil empor geschoben.
Ptygmatische Falten
Ptygmatische Falten entstehen in niedrig viskosen Gesteinen. Es sind verschnörkelte, rundliche, idealerweise parallele Falten mit großer Amplitude und geringer Wellenlänge. Charakteristisch sind sie für
hochmetamorphe Gesteine (Migmatite).
Slump-folds (Schlammfalten)
Slump-folds sind keine tektonisch angelegte Falten. Es handelt sich dabei um schichtinterne Verfaltungen, die durch Rotation von wassergesättigtem semikonsolidiertem Sediment aufgrund von Hangrutschungen entstanden sind.
Parasitärfalten (Falten 2. und 3. Ordnung; M-, S-, Z-Falten)
Parasitärfalten sind kleinere Falten 2. und 3. (...) Ordnung, welche an den Faltenschenkeln und am Scharnier von größeren Falten 1. Ordnung auftreten können. Besitzen Parasitärfalten eine lokale Vergenz im Uhrzeigersinn, heißen sie Z-Falten, sind sie lokal gegen den Uhrzeigersinn vergent, heißen sie S-Falten. M-Falten treten am Scharnier der Falte 1. Ordnung auf.
Schleppfalten
Schleppfalten (auch Rampenfalten) entstehen entlang von Überschiebungsflächen (ramp-and-flat Überschiebungen) oder durch Überschiebungsvorgänge in der liegenden Scholle. Schleppfalten können überregionale Ausmaße erreichen und bilden dann fold-and-thrust-belts (z.B. Taunus)
Sheath-folds (Zungenfalten, Futteralfalten)
Sheath-folds entwickeln sich durch Scherung in Medien, die zum Materialfließen neigen. Sie bilden sich durch gravitatives Fließen in Ignimbriten, in unkonsolidierten Sedimenten, Salzgesteinen und entlang von Scherzonen in höher metamorphen Gesteinen.
Drape-folds
Drape-folds entstehen, wenn sich jüngere Sedimente im Hangenden durch Verwerfungen (Auf- oder Abschiebungen) in Gesteinseinheiten im Liegenden verformen.
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