Lexikon der Geowissenschaften: Falte
Falte, Struktur, die durch Verbiegung geologischer Vorzeichnungen, v.a. von Schichtung (Schicht) oder Foliation, entstanden sind. Die Verbiegung kann rhythmisch sein und eine gut definierte Wellenlänge und Amplitude aufweisen, oder sie kann nur isolierte Zonen erfassen, die von nicht gefalteten Bereichen umgeben sind. Falten treten in Größenmaßstäben vom submikroskopischen Bereich bis zu Wellenlängen von Zehner Kilometern auf. Die meisten Falten entstehen durch Einengung, aber es können sich auch Falten im Zusammenhang mit Dehnungsstrukturen bilden. Bei der Beschreibung von Falten ( Abb. 1 ) unterscheidet man in Richtung des stratigraphisch Jüngeren konvexe Antiklinalen (Antiklinen, Sättel) und konkave Synklinalen (Synklinen, Mulden). Ist die Richtung der stratigraphischen Verjüngung unklar oder ist die gefaltete Abfolge insgesamt überkippt, dann unterscheidet man entsprechend nach oben konvexe Antiformen von nach oben konkaven Synformen. Bezogen auf jeweils eine bestimmte Lage läßt sich ein Faltenkern (z.B. Antiklinal- oder Sattelkern bzw. Synklinal- oder Muldenkern) definieren, der von dieser Lage umschlossen wird. Eine einzelne gefaltete Lage zeigt meistens wenig gekrümmte Faltenschenkel (Faltenflügel) und Faltenscharniere mit engem Krümmungsradius. Parallel zum Faltenscharnier verläuft die Faltenachse. Die Linie, an der die Krümmung der Schenkel von konvex nach konkav wechselt, ist die Inflexionslinie; sie ist in Falten mit ebenen Schenkeln und engen Scharnieren nicht deutlich ausgebildet. Die Fläche, in der die Achsen mehrerer gemeinsam gefalteter Lagen liegen, heißt Achsenfläche; sie kann eben sein (Achsenebene) oder gekrümmt. Falten können mehr als eine Achsenfläche haben. Die topographisch höchste Linie einer Antiklinale ist die Kammlinie oder der Scheitel (Sattelscheitel), die topographisch tiefste Linie einer Synklinale die Troglinie. Der Winkel, den die Faltenschenkel einschließen, heißt Öffnungswinkel. Nach abnehmendem Öffnungswinkel unterscheidet man offene Falten, enge Falten und schließlich Isoklinalfalten mit nahezu parallelen Schenkeln ( Abb. 1b ). Nach Lage der Achsenfläche im Raum unterscheidet man aufrechte Falten (stehende Falten, symmetrische Falten) mit senkrechter Achsenfläche, geneigte Falten (vergente Falten, asymmetrische Falten) mit geneigter Achsenfläche und liegende Falten mit etwa horizontaler Achsenfläche ( Abb. 1c ). In Tauchfalten fallen die Achsenflächen von Antiklinalen in Richtung der stratigraphischen Verjüngung ein. Die Vergenz ist die Richtung, in der die Achsenfläche geneigter und liegender Falten von der Vertikalen abweicht. Der Faltenschenkel, der von der Achsenfläche aus in Richtung der Vergenz liegt, heißt Vorderschenkel, der entgegengesetzte Rückschenkel oder Hinterschenkel. Ist der Vorderschenkel einer Falte um mehr als 90° aus der Horizontalen rotiert, spricht man von einem überkippten Faltenschenkel (Inversschenkel); der nicht überkippte Schenkel ist der Normalschenkel. In liegenden Falten kann man einen oberen Hangendschenkel und unteren Liegendschenkel unterscheiden. Bei nicht horizontaler Faltenachse wird das Abtauchen einer Falte angegeben durch den Winkel der Faltenachse gegen die Horizontale und ihre Richtung gegen Nord ( Abb. 1d ). Das durch Abtauchen erzeugte Ende einer Falte heißt Faltenschluß.
Wechselt die Abtauchrichtung entlang einer Faltenachse, entstehen Achsendepressionen und Achsenkulminationen. Durch Verbinden jeweils gleicher Elemente in einem Faltenzug, also z.B. der Kammlinien der Antiklinalen, erhält man den Faltenspiegel, der selbst in größere Falten gelegt sein kann (Antiklinorium, Synklinorium). Kleinere Falten, die einer größeren Falte überlagert sind, werden als Spezialfalten bezeichnet. Wird ein Gestein mehrfach (polyphas) gefaltet, dann ergeben sich v.a. bei wechselnder Einengungsrichtung komplizierte Überfaltungsmuster (Faltenvergitterung, Querfaltung, Kreuzfaltung).
Die Formen natürlicher Falten sind sehr variabel. Es gibt zahlreiche beschreibende Begriffe für Faltenformen (z.B. Knickfalte, Kofferfalte), die z.T. aber auch komplex gebaute Sonderfälle bezeichnen (z.B. Beutelmulde, Pilzfalte), für die anstelle eines Sammelbegriffs eine genaue Beschreibung mit Hilfe der oben definierten Elemente vorzuziehen ist. Die Faltenform ergibt sich aus dem Zusammenspiel der mechanischen Eigenschaften gefalteter Gesteine mit verschiedenen Mechanismen der Faltung. Die mechanischen Eigenschaften von Gesteinen werden bestimmt von Mineralzusammensetzung und Korngröße sowie durch den Grad und Größenmaßstab von Inhomogenitäten (Materialwechsel) und Anisotropien (richtungsabhängige Parameter). Sie ändern sich ebenso wie die Faltungsmechanismen abhängig von Temperatur und Druck.
Kinematisch und dynamisch lassen sich die verschiedenen Mechanismen der Faltenbildung zwischen den Endgliedern Stauchfaltung (Buckelfaltung) und Scherfaltung einordnen ( Abb. 2a ). Stauch- oder Buckelfalten entstehen bei Einengung parallel zum Lagenbau durch das rhythmische Ausknicken der festeren (kompetent) Lagen in einer weniger kompetenten Matrix. Wellenlänge, Amplitude und Form der Falten werden von der relativen Dicke der kompetenten und inkompetenten Lagen und der Größe des Kompetenzkontrastes bestimmt ( Abb. 3 ). Bei hohem Kompetenzkontrast wird die Faltung eines Stapels von Lagen dadurch ermöglicht, daß die einzelnen Lagen in den Faltenschenkeln gegeneinander gleiten (Biegegleitfaltung). Bei geringerem Kompetenzkontrast oder in dicken inkompetenten Lagen kommt es zu penetrativer Scherung parallel zum Lagenbau (Biegefließfaltung). Scherfalten entstehen durch ungleichmäßige (nicht affine) Scherung im Winkel zu einem Lagenbau, der dabei nur die Rolle einer mechanisch nicht wirksamen Markierung hat ( Abb. 2b ). Ein Mechanismus der Faltung, bei dem Scherung im Winkel zum Lagenbau mit Biegegleiten oder Biegefließen zusammenwirkt, ist die sog. passive Faltung von geschichteten Gesteinen über Sockelstörungen oder Rampen ( Abb. 2c ), die v.a. in oberflächennahen Stockwerken stattfindet. Der Übergang von Buckelfalten und passiven Falten zu Scherfalten spiegelt einerseits die Veränderung der mechanischen Eigenschaften der gefalteten Gesteine unter zunehmender Temperatur und erhöhtem Druck wider, andererseits aber eine zunehmende Komponente einfacher Scherung bei der Deformation in großer Tiefe unter hoher Auflast. Buckelfalten sind deshalb charakteristisch für nicht bis schwach metamorphe Gesteine in den oberen Stockwerken der Kruste, während Scherfalten mittel- bis hochgradig metamorphe Gesteine in größerer Tiefe kennzeichnen. [JK]
Literatur: RAMSAY, J.G. and HUBER, M.I. (1987): The Techniques of Modern Structural Geology, Vol. 2: Folds and Fractures. – London.
Falte 1: a) geometrische Elemente von Falten. b) Klassifikation von Falten nach dem Öffnungswinkel. c) Klassifikation von Falten nach dem Lauf der Achsenfläche. d) Abtauchen einer Falte (links) sowie Faltenschlüsse abtauchender Falten im Kartenbild (rechts). Falte 1:
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Falte 2: Endglieder von Faltungsmechanismen: a) Buckel- oder Stauchfaltung, b) Scherfaltung und c) "passive" Faltung. Falte 2:
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Falte 3: Abhängigkeit der Faltengröße und der Faltenform vom Kompetenzkontrast und der relativen Dicke kompetenter (μ1) und inkompetenter (μ2) Lagen (d1 = Mächtigkeit der kompetenten Lage, d2 = Mächtigkeit der inkompetenten Lage). Falte 3:
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