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7.7: Subsidenz - Geowissenschaften

7.7: Subsidenz - Geowissenschaften


Senkung tritt auf, wenn loses, wassergesättigtes Sediment beginnt, sich zu verdichten, was zum Einsturz der Bodenoberfläche führt. Jetzt gibt es zwei Arten von Absenkungen.

Langsames Absinken

Langsames Absinken tritt auf, wenn das Wasser im Sediment aufgrund des Übergewichts langsam herausgedrückt wird. Es gibt mehrere Beispiele für langsames Absinken, aber das beste ist Venedig, Italien. Venedig (Bild rechts) wurde auf Meereshöhe am jetzt unter Wasser liegenden Delta des Brenta-Flusses gebaut. Die Stadt sinkt aufgrund des Übergewichts der Stadt und des Pumpens von Grundwasser. Das Problem ist jetzt, dass der Meeresspiegel steigt, da Gletscher schmelzen und sich das Wasser aufgrund der globalen Erwärmung ausdehnt. Ein Beispiel für eine langsame Senkung in den USA ist New Orleans, Louisiana. Wie wir alle vom Hurrikan Katrina wissen, hat der Mississippi ein riesiges Netz von Deichen, die den massiven Fluss vor Überschwemmungen meistens schützen. Aber indem wir die Überschwemmungen im Frühjahr verhindern, verhindern wir, dass der Fluss Sedimente auf dem Land ablagert. Stattdessen wird das Sediment in den Golf von Mexiko transportiert, wodurch das massive Mississippi-Delta entsteht.

Schnelles Absinken

Schnelles Absinken tritt auf, wenn natürlich saures Wasser beginnt, Kalksteingestein aufzulösen, um ein Netzwerk von wassergefüllten unterirdischen Kavernen zu bilden. Aber wenn Dürren oder das Pumpen von Grundwasser den Grundwasserspiegel unter das Niveau der Höhlen senkt, kollabieren sie und es entstehen oberflächennahe Dolinen. Ein dramatisches Beispiel für schnelles Absinken ereignete sich 2007 in Guatemala-Stadt, als sich eine massive Doline mit einer Tiefe von 300 Fuß bildete. Wie oben erwähnt, besteht die unterirdische Region, die Guatemala umgibt, aus Kalkstein und einem riesigen unterirdischen Netzwerk von Höhlen. Es wird vermutet, dass der Grundwasserspiegel in der Region gesunken ist und somit die Höhlen trockengelegt wurden. Danach können die Höhlen das darüber liegende Gewicht nicht tragen und stürzen ein.


Interaktive Karte von Grundwasserständen und -senkungen in Kalifornien

Das California Department of Water Resources hat eine interaktive Karte erstellt, die georäumlich referenzierte Grundwasserstände, Grundwasserspiegelhöhen und Setzungen in Kalifornien zeigt.

  • Grundwassertiefe unter der Erdoberfläche
  • Grundwasserhöhe
  • Grundwasserhöhenänderung von Jahr zu Jahr
  • Setzungstrends gemessen an Extensometern und an GPS-Stationen
  • Kumulative Setzung an GPS-Stationen
  • Veränderungen des Grundwasserspiegels aus Langzeitmessbrunnen
  • Geschätztes Potenzial für zukünftige Senkungen in jedem Grundwasserbecken

Andere Schichten zeigen, welche Regionen von Grundwassermanagementplänen, Grundwassermodellen und Kreisgrenzen umfasst sind. Benutzer können wählen, wie Wasserstände visualisiert werden (Punkte, Konturen oder ein Farbverlauf), ob gesetzliche Grenzen einbezogen werden sollen, und die Daten zur weiteren Verwendung und Analyse herunterladen.


7.7: Subsidenz - Geowissenschaften

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Bodensenkungen

Mehr als 80 Prozent der bekannten Bodensenkungen in den USA sind eine Folge der Grundwassernutzung und eine oft übersehene Umweltfolge unserer Land- und Wassernutzungspraktiken. Eine zunehmende Landentwicklung droht, bestehende Bodensenkungsprobleme zu verschärfen und neue zu initiieren. Die Erkennung und Kartierung von Bodensenkungen durch das USGS ist erforderlich, um unsere aktuellen und zukünftigen Land- und Wasserressourcen in Gebieten zu verstehen und zu verwalten, in denen Bodensenkungen ein Problem darstellen oder in Zukunft auftreten können.

Ungefährer Punkt der maximalen Senkung im San Joaquin Valley, Kalifornien. Die Landoberfläche sank von 1925 bis 1977 um etwa 9 Meter aufgrund von Grundwasserentnahmen aus dem Aquifersystem. Schilder am Telefonmast weisen auf die ehemaligen Erhebungen der Landoberfläche in den Jahren 1925 und 1955 hin. (Quelle: Richard Ireland)

Landsenkung ist ein allmähliches Absetzen oder plötzliches Absinken der Erdoberfläche aufgrund des Entfernens oder Verdrängens von unterirdischen Erdmaterialien. Zu den Hauptursachen zählen:

  • Verdichtung des Aquifersystems im Zusammenhang mit Grundwasserentnahmen
  • Entwässerung organischer Böden
  • Untertagebau
  • natürliche Verdichtung oder Kollaps, wie bei Dolinen oder auftauendem Permafrost

Absenkungen sind ein globales Problem, und in den Vereinigten Staaten sind mehr als 17.000 Quadratmeilen in 45 Staaten direkt von Absenkungen betroffen 1 .

ROLLE DER WISSENSCHAFT

Das Auftreten von Bodensenkungen ist selten so offensichtlich wie bei katastrophalen Dolinen oder Mineneinstürzen. Bei Grundwasserabbau erfolgt die Absenkung in der Regel allmählich und weit verbreitet. Die Feststellung von Absenkungen auf regionaler Ebene erfolgte in der Vergangenheit mit der identifizierten Bewegung wichtiger Benchmarks. Wenn man über das San Joaquin Valley in Kalifornien blickt, fällt es einem heute schwer zu erkennen, dass ein Teil der Landoberfläche fast 9 Meter höher war als vor weniger als 75 Jahren.

Das Werkzeug der Wahl zur Erkennung und Kartierung von Landoberflächendeformationen ist als interferometrisches Radar mit synthetischer Apertur (InSAR) bekannt. InSAR verwendet Repeat-Pass-Radarbilder von Satelliten in der Erdumlaufbahn, um Absenkungen und Auftriebe mit unglaublichen Details zu überwachen. Sobald die Senkung identifiziert und kartiert wurde, können Bewertungen der InSAR-Daten durchgeführt werden, um unser Verständnis der Senkungsprozesse zu verbessern. Eine Kombination aus wissenschaftlichem Verständnis und sorgfältigem Umgang mit natürlichen Ressourcen kann die Bodensenkungen minimieren, die durch die Erschließung unserer Land- und Wasserressourcen entstehen.


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Erdbebeninformationsprodukte und -tools des Advanced National Seismic System (ANSS)

Dieses Fact Sheet beschreibt Produkte und Werkzeuge nach dem Erdbeben, die vom Advanced National Seismic System (ANSS) über das Earthquake Hazards Program des U.S. Geological Survey bereitgestellt werden. Der Fokus liegt auf Produkten, die unmittelbar nach bedeutenden Erdbeben für ein Situationsbewusstsein sorgen.

Das HayWired-Erdbebenszenario

Vorwort Das Große Erdbeben von San Francisco von 1906 (Magnitude 7,8) und das Erdbeben von Loma Prieta von 1989 (Magnitude 6,9) motivierten die Bewohner der San Francisco Bay Region jeweils dazu, Gegenmaßnahmen gegen Erdbeben in die Struktur der Region einzubauen. Seit Loma Prieta haben Gemeinden, Regierungen und Versorgungsunternehmen in der Buchtregion zig Milliarden investiert.

Detweiler, Shane T. Wein, Anne M.

Ein offenes Repository für erdbebenbedingte Bodenversagensinventare

Durch Erdbeben ausgelöste Bodenversagen wie Erdrutsche und Verflüssigung können erheblich zu Verlusten beitragen, aber unsere derzeitige Fähigkeit, sie genau in Erdbebengefahrenanalysen einzubeziehen, ist begrenzt. Die Entwicklung robuster und breit anwendbarer Modelle erfordert den Zugriff auf zahlreiche Inventare von durch Erdbeben ausgelösten Bodenversagen.

Schmitt, Robert G. Tanyas, Hakan Nowicki Jessee, M. Anna Zhu, Jing Biegel, Katherine M. Allstadt, Kate E. Jibson, Randall W. Thompson, Eric M. van Westen, Cees J. Sato, Hiroshi P. Wald, David J. Godt, Jonathan W. Gorum, Tolga Xu, Chong Rathje, Ellen M. Knudsen, Keith L.

Erdbebengefahren in städtischen Gebieten verstehen - Evansville Area Earthquake Hazards Mapping Project

Die Region um Evansville, Indiana, wurde in den letzten 200 Jahren mehrmals durch Erdbeben beschädigt. Aufgrund dieser Geschichte und der Nähe von Evansville zu den seismischen Zonen Wabash Valley und New Madrid gibt es unter den umliegenden Gemeinden Besorgnis über Gefahren durch Erdbeben. Erdbeben können derzeit nicht vorhergesagt werden.

Verflüssigungswahrscheinlichkeitskurven für geologische Oberflächenablagerungen

Verflüssigungswahrscheinlichkeitskurven, die die Wahrscheinlichkeit von Oberflächenmanifestationen erdbebeninduzierter Verflüssigung vorhersagen, werden für 14 verschiedene Arten von geologischen Oberflächeneinheiten entwickelt. Die Einheiten bestehen aus Schwemmfächern, Strandrücken, Flussdelta-Topset- und Waldbetten, Äolischen Dünen, Punktbarren, Flutbecken, natürlichen Fluss- und Schwemmfächerdeichen.

Holzer, Thomas L. Noce, Thomas E. Bennett, Michael J.

Verflüssigungsgefahr für die Region Evansville, Indiana

Wir berechneten den Verflüssigungspotenzialindex für ein Raster von Standorten in der Gegend von Evansville, Indiana, für zwei Erdbebenszenarien – eine Stärke von 7,7 in der seismischen Zone von New Madrid und eine M6,8 in der seismischen Zone von Wabash Valley. Für das letztere Ereignis reichen die Spitzenbodenbeschleunigungen von 0,13 Gravitation bis 0,81 Gravitation, was ausreichend hoch ist, um besorgniserregend zu sein.

Haase, Jennifer S. Choi, Yoon S. Nowack, Robert L. Cramer, Chris H. Boyd, Oliver S. Bauer, Robert A.

Verflüssigung und andere Bodenschäden in Imperial County, Kalifornien, vom 4. April 2010, El Mayor-Cucapah Erdbeben

Die Region Colorado River Delta im südlichen Imperial Valley, Kalifornien, und Mexicali Valley, Baja California, ist ein tektonisch dynamisches Gebiet, das durch zahlreiche aktive Verwerfungen und häufige große seismische Ereignisse gekennzeichnet ist. In dieser Region ereigneten sich 1892 bedeutende Erdbeben, die von Oberflächenverwerfungen und/oder Bodenverflüssigung begleitet wurden.

McCrink, Timothy P. Pridmore, Cynthia L. Tinsley, John C. Sickler, Robert R. Brandenberg, Scott J. Stewart, Jonathan P.

Ein Erdbeben der Stärke 7,1 in der Tacoma-Verwerfungszone – ein plausibles Szenario für die Region Southern Puget Sound, Washington

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Gomberg, Joan Sherrod, Brian Weaver, Craig Frankel, Art

Das Erdbeben von MW 7.0 in Haiti vom 12. Januar 2010: USGS/EERI Advance Reconnaissance Team Report

Zusammenfassung Eine Felderkundung in Haiti durch ein fünfköpfiges Team mit Expertise in Seismologie und Erdbebeningenieurwesen hat eine Reihe von Faktoren aufgedeckt, die zu katastrophalen Verlusten von Menschenleben und Eigentum während des Erdbebens vom 12. Januar 2010 mit einer Stärke von Mw 7,0 geführt haben. Die Feldstudie wurde vom 26. Januar bis 3. Februar 2010 durchgeführt und eingeschlossen.

Eberhard, Marc O. Baldridge, Steven Marshall, Justin Mooney, Walter Rix, Glenn J.

Verflüssigungsgefahrenkarten für drei Erdbebenszenarien für die Gemeinden San Jose, Campbell, Cupertino, Los Altos, Los Gatos, Milpitas, Mountain View, Palo Alto, Santa Clara, Saratoga und Sunnyvale, Northern Santa Clara County, Kalifornien

Karten, die die Wahrscheinlichkeit von Oberflächenmanifestationen der Verflüssigung im nördlichen Santa Clara Valley zeigen, wurden mit Verflüssigungswahrscheinlichkeitskurven erstellt. Das Gebiet umfasst die Gemeinden San Jose, Campbell, Cupertino, Los Altos, Los Gatos Milpitas, Mountain View, Palo Alto, Santa Clara, Saratoga und Sunnyvale. Die Wahrscheinlichkeitskurven waren.

Holzer, Thomas L. Noce, Thomas E. Bennett, Michael J.

Verwendung verflüssigungsinduzierter Merkmale für paläoseismische Analysen - Ein Überblick darüber, wie seismische Verflüssigungsmerkmale von anderen Merkmalen unterschieden werden können und wie ihre regionale Verteilung und Eigenschaften von Quellsedimenten verwendet werden können, um die Position und Stärke von holozänen Paläo-Erdbeben abzuleiten

Verflüssigungsmerkmale können in vielen Feldsituationen verwendet werden, um das Wiederholungsintervall und die Stärke starker Erdbeben in einem Großteil des Holozäns abzuschätzen. Zu diesen Merkmalen gehören Deiche, Krater, abgelüfteter Sand, Schwellen und sich seitlich ausbreitende Erdrutsche. Der relativ hohe seismische Erschütterungspegel, der für ihre Entstehung erforderlich ist, macht sie besonders.

Die Loma Prieta, Kalifornien, Erdbeben vom 17. Oktober 1989: Starke Bodenbewegung und Bodenversagen

Professional Paper 1551 beschreibt die Auswirkungen des Erdbebens von Loma Prieta an der Landoberfläche. Diese Effekte: umfassen das Muster und die Charakteristiken von starken Bodenerschütterungen, der Verflüssigung beider Überschwemmungsablagerungen entlang der Flüsse Pajaro und Salinas in der Region Monterey Bay und sandige künstliche Auffüllungen entlang der Ränder von San.


KONTINENTALE ERWEITERUNG UND BILDUNG VON SEDIMENTABECKEN

Es besteht kein Zweifel, dass die Kontinentalschelfs bei der Öffnung der Ozeanbecken in einem weiten Gebiet und nicht nur über dem unmittelbaren Riftrand beträchtlich absinken. Dies wird durch den Südatlantik bei ca. 127 Ma, als sich die erste ozeanische Kruste bildete:

Abb. 9. Ein sehr großes Gebiet im Südatlantik wurde nach dem Aufbrechen um 127 m im Jahr überflutet. Wieso den? Sowohl Chile als auch Argentinien verfügen in Patagonien westlich des Falkland-Plateaus über bescheidene Ölreserven an Land. DSDP-Standort 330 bohrte 1974 ölige Sedimente. Warum führte Argentinien wegen der Falkland-Inseln Krieg?

Bohrungen am östlichen Ausläufer des versunkenen Falkland-Plateaus ergaben, dass es kontinental (Granit-Gneis) war und dass es kurz vor der Öffnung des Atlantiks eine trockene Caliche-Oberfläche (mediterranes Klima) gab, aber dass es seitdem mindestens 2 km Absenkung gegeben hatte . Anfangssedimente sehr ölig, unter anoxischen Bedingungen in einem Becken mit eingeschränkter Zirkulation abgelagert. Die anfängliche Rift-Phase war also diejenige, die die Ölansammlung begünstigte. Wieso den? Es ist wichtig, den Mechanismus der Entwicklung dieser Becken zu verstehen.

Moderne Ideen

Aus der Tiefenreflexionsseismik-Profilierung vom COCORP-Typ wurde deutlich, dass viele (wenn nicht die Mehrheit) der steil abfallenden normalen Verwerfungen tatsächlich gekrümmt (konkav nach oben) sind und in der Tiefe flach einfallend und subhorizontal werden. Diese werden jetzt als listrische Fehler bezeichnet. Da die Lithosphäre während der kontinentalen Ausdehnung gedehnt wird, wird die duktile tiefere Kruste durch reine Scherung dünner, während die obere Kruste durch listrische Verwerfungen, die in der duktilen Schicht "auslaufen", aufgebrochen und auseinandergezogen wird. An der Oberfläche haben diese natürlich das Aussehen von Graben. Dies ist die Essenz des McKenzie-Typs und anderer neuerer Modelle der Beckenbildung. Da die subkontinentale (d. h. Mantel-) Lithosphäre durch Dehnung dünner wird, wird sie natürlich teilweise durch eine heißere Asthenosphäre ersetzt. Diese kühlt allmählich auf einer Zeitskala in der Größenordnung von 50 - 100 m.y. ab, und wenn sie abkühlt, wird sie dichter und das flache Becken darüber sinkt allmählich ab und wird nach und nach mit Flachwassersediment gefüllt. Die Höhe der Senkung hängt von der anfänglichen Dehnung ab. Dieser lässt sich in der Regel abschätzen und wird als Dehnungsfaktor oder „Betafaktor“ bezeichnet. Der Parameter b ist ganz einfach definiert als b / ein wo ein war die Anfangsbreite und b ist die gestreckte Breite. Ein b-Faktor von 1,2 ergibt ca. 3 km Absenkung. Mit vollständigem Rifting (um eine Ozeankruste und ein Ozeanbecken zu bilden) nähert sich b der Unendlichkeit.

Beachten Sie, dass die Absenkung während der Entwicklung von Sedimentbecken in zwei Phasen auftritt:

(1) infolge tektonischer Dehnung auf kurzer Zeitskala, ca. 10 my, und

(2) infolge thermischer Absenkung – lange Zeitskala, ca. 50 100+ meine.

Als Ergebnis von Bohrarbeiten und Synthesen der großen Menge seismischer Daten (siehe z. B. Badley et al. 1988 Gibbs 1984 Sclater & Christie 1980) sind jetzt beträchtliche Informationen über Nordseebecken verfügbar, so dass ihre Absenkungsgeschichte gut bekannt ist. Der nördliche Wikingergraben erlitt zwei Rifting-Episoden – in der Permo-Trias und im Mittleren Jura – während derer das Becken zunehmend erweitert wurde. Dehnungsfaktoren in der Permo-Trias waren recht klein (b = 1,1 1,3), während sie im Oberjura in der nördlichen Nordsee (b = >1,6) viel größer waren. Auf jede Rifting-Episode folgte eine stärkere thermische Absenkung. Im zentralen Teil des Viking Grabens haben sich seit Beginn der ersten Rifting-Episode fast 10 km Sediment angesammelt. Da die zweite Rifting-Phase vor 140 my endete, müssen inzwischen mindestens 90% der durch thermische Relaxation entstandenen Setzungen aufgetreten sein. Beachten Sie, dass, während normale Verwerfungen während der Rifting-Phase dazu neigen, listrisch zu sein, diejenigen, die die thermische Absenkung begleiten, planar sind.

Ein wichtiger sekundärer Faktor bei solchen Modellen ist, dass die ursprünglich in solchen Becken abgelagerten Sedimente infolge der erhöhten Wärme aus der darunter liegenden Asthenosphäre leicht „gekocht“ werden – entscheidend für die Reifung und Migration von Erdöl. Sedimentbecken sind aber nicht nur als Öllager von Bedeutung: Durch die Austreibung erhitzter Flüssigkeiten aus solchen Becken können auch Metalle ausgewaschen werden, so dass bei Vorhandensein geeigneter Wirtsgesteine ​​wertvolle Mineralvorkommen entstehen können. Eine Reihe wichtiger Mineralvorkommen werden diesem Mechanismus zugeschrieben.

Eine Weiterentwicklung von Lithosphären-Streckmodellen wurde von Wernicke, von Lister et al., Coward und anderen vorgeschlagen (siehe Referenzen unten).

Der wichtige Unterschied liegt in der Erkennung von Low-Angle-Detachments (oberflächlich wie Schub, aber mit Bewegungssinn wie bei normaler Verwerfung), die zuerst für die Provinz Basin & Range im Westen der USA vorgeschlagen wurde. Diese können in der unteren Kruste oder im oberen Mantel durchschlagen. Der Haupteffekt ist die Einführung einer Asymmetrie im Vergleich zum reinen Schermodell mit gleichförmiger Dehnung von McKenzie, so dass Becken, die mit der thermischen Absenkungsphase verbunden sind, von den dünnhäutigen Becken, die mit dem anfänglichen Rifting verbunden sind, versetzt werden können. Magmatische Effekte (Schmelzen infolge der aufsteigenden Asthenosphäre) können von den wichtigsten Sedimentbecken ausgeglichen werden. Aufgrund der Asymmetrie können die Kontinentränder auf beiden Seiten eines sich öffnenden Ozeans sehr unterschiedliche Profile haben. Viele andere Komplikationen können die Folge sein. Konsultieren Sie die Referenzen unten, wenn Sie die ganze Geschichte haben möchten!

Mindestens 3 Arten von Kontinentalrand wurden inzwischen erkannt:

(1) Vulkanische Ränder neigen dazu, schmal zu sein und eine dicke magmatische Kruste zwischen kontinentaler und normaler Ozeankruste zu haben. Typisch ist eine dicke Zone (3 5 km) meerwärts eintauchender Vulkanreflektoren. Hinweise auf konvektive Zirkulation in der aufsteigenden Asthenosphäre, um Vulkanismus zu erklären, oder dass die darunter liegende Asthenosphäre heißer als gewöhnlich war. Beispiele: Voring-Plateau, westliche Rockall Bank, Ostgrönland. Siehe White et al. (1987 & 1988).

White & McKenzie (1989) haben diese Modelle weiterentwickelt, um das Volumen des an den Kontinentalrändern produzierten Vulkangesteins quantitativ mit der Temperatur des darunter liegenden Erdmantels in Beziehung zu setzen. Wenn die Temperatur 100 °C über dem Normalwert liegt, wird das Magmavolumen verdoppelt. Außerdem haben sie eine Beziehung zwischen dem Grad der Streckung und der Temperatur des Mantels entwickelt, um vorherzusagen, ob der Riftrand über dem Meeresspiegel ansteigt oder darunter absinkt. Wenn Rifting oberhalb von Hotspot-Plumes auftritt, gibt es normalerweise ein begleitendes großes Volumen an Magma.

(2) Die Deformation der Lithosphäre an nicht-vulkanischen Rändern wird von Blockverwerfungen und vielen listrischen Verwerfungen dominiert. Erstreckt sich über eine breite Zone (100.300 km). Kann Sedimentmangel (Rotes Meer, Galicia Bank, Goban Spur Irische See) oder stark sedimentiert (z. B. östlicher Rand der USA) sein.

(3) Rift-Transformations-Ränder entwickeln sich in Umgebungen, in denen es während der Öffnung eine signifikante Komponente der Streich- und Gleitscherung sowie der Dehnungsdehnungsdeformation gab (z. B. Region zwischen Westafrika und dem brasilianischen Falkland-Plateau sowie Golf von Kalifornien).

Diese verschiedenen Margenarten können sehr unterschiedliche Erdölpotenziale haben. Sie müssen mehr über sie wissen, um bei der Suche nach zukünftigen Vorräten zu helfen. Beachten Sie, dass sich die wichtigen Erdölvorkommen in der Nordsee in „gescheiterten Rissen“ befinden, wo der Nordatlantik lange Zeit (erfolglos) versuchte, sich zu öffnen, bevor es schließlich gelang!

Es gibt eine schnell wachsende Literatur zu Modellen für kontinentales Rifting und Beckenbildung: Versuchen Sie, einige der folgenden zu lesen, und beachten Sie insbesondere die Diagramme. Auf jeden Fall können sie sich nächstes Jahr als nützlich erweisen.

Ein weiteres besorgniserregendes Problem ist, warum basaltischer Magmatismus mit einigen Becken in Verbindung gebracht wird und mit anderen nicht. Latin und White (1990) haben versucht zu argumentieren, dass Magmatismus eher bei gleichförmiger reiner Scherdehnung (McKenzie-Modell) als bei dem asymmetrischen einfachen Dehnungsmodell von Wernicke auftritt. Dies liegt daran, dass der Asthenosphärenaufstieg im reinen Schermodell stärker fokussiert ist:

Abb. 13. Vergleich der thermischen Konsequenzen von McKenzies reinem Schermodell und Wernickes reinem Schermodell von extensionalen Sedimentbecken. Es wird argumentiert, dass es mit dem einfachen Schermodell sehr schwierig ist, eine ausreichende Dekompression zu erzeugen, um die Magmabildung zu ermöglichen.

Dies hat dann ganz unterschiedliche thermische Konsequenzen:

Abb. 14. Bei reiner Scherung überschreitet die Temperatur der aufsteigenden Asthenosphäre den Solidus des Mantels und lässt das Schmelzen zu. Abb. 15. Bei einfacher Scherung erreicht die Temperatur der aufsteigenden Asthenosphäre nie den Solidus - es findet also kein Schmelzen statt.

Becken, die durch Rifting und thermische Absenkung entstanden sind, bleiben nicht immer Becken. und kann später Hebung und Erosion erleiden. Dies wird als Beckeninversion bezeichnet. Dies geschah in vielen der Permo-Trias-Becken in Westeuropa (siehe Ziegler 1982) und ist insbesondere im nordwestlichen Teil der Britischen Inseln und des angrenzenden Kontinentalrands sichtbar. Könnte dies an der tektonischen Kompression liegen, bevor die gesamte thermische Absenkung stattfand, wobei das überschüssige Sediment durch Erosion entfernt wurde? Es ist offensichtlich, dass der größte Teil von NW Britannien von mesozoischen Sedimenten bedeckt war, die seit dem frühen Tertiär entfernt und in Becken im Osten abgelagert wurden (nämlich Kreide in den Calderas auf Arran). Einige Offshore-Becken mit b-Faktoren nahe 2,0 haben einen geringen Abfall der erwarteten Sedimentdicke von ca. 4km. Etwas hat also im frühen Tertiär über den größten Teil von Nordwest-Großbritannien eine epiirogene Erhebung verursacht.

Leider gibt es keine Hinweise auf eine ausreichende tektonische Kompression (Roberts 1989), um diese Anhebung durch Krustenverdickung zu erklären. Was also noch? Brodie &. White (1994) haben stattdessen vorgeschlagen, dass es von einer magmatischen Unterplattierung durch Basalt herrühren könnte. Sie berechnen, dass 5 km Basalt (Dichte 2,8) in der unteren Kruste über dem Moho zunächst 600 m Auftrieb verursachen würden. Zusätzlich kann dieser durch den "Verstärkungseffekt" der Erosion auf ca. 2,5km. Natürlich wissen wir in dieser allgemeinen Region, dass die Island-Plume ca. Vor 60 Ma (frühes Tertiär) und ein 'rrr'-Arm erstreckte sich durch Westschottland nach Lundy. Viele Basaltlaven sind ausgebrochen. Aber war viel mehr Magma unterplattiert? Aus ihrer Geochemie wissen wir, dass viele dieser Basaltmagmen eine Krustenkontamination erlitten haben. Sind sie nur ein kleiner Vertreter von viel mehr, das sich in der unteren Kruste angesammelt hat? Siehe späteren Vortrag über Plumes.

Der interessante Punkt ist, dass viele Sedimentationsmerkmale – Beckenentwicklung, Beckeninversion, epirogene Hebung, die die Erosion verstärken – alle ihren Ursprung in thermischen Prozessen des Mantels haben können. Daher ist es wichtig, den Mantel zu verstehen!

REFERENZEN: Sedimentbecken und Kontinentalränder

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Erdbrüche und Setzungsgefahren, Insel Hawai'i

Sich bewegendes Magma, Eruptionen und Bodenerschütterungen durch starke Erdbeben erzeugen eine Fülle von Bodenbrüchen und Setzungen (Abwärtsbewegungen des Bodens), die die Landschaft, menschliche Aktivitäten und Infrastruktur tiefgreifend beeinflussen. Grundrisse und Absenkungen treten am häufigsten an den Gipfeln oder Riftzonen aktiver hawaiianischer Vulkane während Magmaintrusionen und -eruptionen auf. Sie treten auch bei großen Erdbeben über weite Gebiete an den Flanken von Mauna Loa und Kīlauea auf. Darüber hinaus stellen das langsame, aber kontinuierliche Absinken der Insel Hawaii und der drohende Anstieg des Meeresspiegels auch eine langfristige Gefahr für Küstenanlagen dar.

Schnittskizze eines Vulkans Kīlauea, die Magma zeigt, das als tafelförmiger Körper, der als Deich bezeichnet wird, zur Oberfläche aufsteigt. (Öffentliche Domain.)

Bewegtes Magma und Eruptionen verursachen Brüche

An hawaiianischen Vulkanen bewegt sich Magma in langen, schmalen klingenartigen Körpern (sogenannten Deichen) an die Oberfläche, die normalerweise weniger als einige Meter breit sind. Deiche sind gewöhnlich 5 bis 10 km (3 bis 6 Meilen) lang und 2 bis 3 km (1,2 bis 1,9 Meilen) hoch. Während einer Intrusion verformt aufsteigendes Magma die Bodenoberfläche, wobei die auffälligsten Beispiele große Brüche und ein breiter, niedriger Bereich zwischen parallelen Brüchen sind, der als Graben bezeichnet wird. Während einer Eruption und Intrusion in der East Rift Zone des Vulkans Kīlauea im Dezember 1965 öffneten sich Hunderte von Rissen in einem weiten Gebiet von etwa 13 km (8 Meilen) Länge und 1,6 km (1 Meilen) Breite. Einige Risse öffneten sich mindestens 3 m (10 ft) und bewegten sich mindestens 1 m (3 ft) nach oben oder unten. Die Brüche beschädigten die Chain of Craters und Hilina Pali Roads im Hawai`i Volcanoes National Park ernsthaft.

Grundrisse durchschnitten die Straße, als sich der Boden als Reaktion auf eine nahe ausbrechende Spalte im Kīlauea-Vulkan auf Hawaii im Februar 1969 verlagerte. (Public domain.)

Fotografie von Brüchen und Setzungen, die in einer Mehlmischung auftraten, als ein simulierter Deich gewaltsam aufgeweitet wurde (dunkler Bereich, unten), ähnlich einer Rissbildung, die an der Oberfläche über eindringendem Magma auftritt. (Öffentliche Domain.)

Starke Erdbeben erzeugen weite Bereiche von Brüchen, Senkungen und Erdrutschen

Brüche, die durch Einsinken des Bodens während eines Erdbebens der Stärke 7,7 am 29. November 1975 verursacht wurden. (Public domain.)

Erdbeben, insbesondere solche mit einer Stärke von 6 und darüber, erzeugen über einen großen Bereich starke Bodenerschütterungen, so dass sie oft über viel breitere Bereiche Bodenbrüche und Setzungen verursachen als bewegtes Magma. Brüche treten typischerweise auf oder um einen Erdrutsch oder einen Einbruchblock auf, der von einem Erdbeben losgerüttelt wird. They also form next to unstable crater walls as loose soil and rocks adjust to the shaking.

Vertical movement along shallow below-ground faults can also result in fractures or offsets of the ground surface. Large earthquakes beneath the flanks of Mauna Loa and Kīlauea that occur along the boundary between the ocean crust and Island of Hawai‘i have caused sizeable areas to move seaward and subside by several meters (yards). For example, the magnitude-7.7 earthquake on November 29, 1975, resulted in Kīlauea's south flank moving seaward 4 to 8 m (13 to 26 ft) and subsiding as much as 3.5 m (11.5 ft). Over thousands of years, repeated horizontal and vertical displacements in this area have created the stepped topography of the volcano's southern coastline, each step as high as tens to several-hundred meters (yards).

Ground settling may also occur at or around an active vent if magma beneath the vent drains away and removes the underlying support for the ground surface. The lack of ground support can lead to the formation of small collapse craters (called pit craters) tens of meters (yards) across. When large volumes of magma are withdrawn from the summit reservoirs beneath Kīlauea and Mauna Loa volcanoes, calderas several kilometers (miles) across and hundreds of meters (yards) deep may form.

Coastal hazards increase as Island of Hawai‘i sinks and sea level rises

The Island of Hawai‘i is sinking at a rate of a few millimeters (fractions of an inch) per year. The enormous load (weight) of its volcanoes have caused the underlying ocean crust and lithosphere to sag over a large area.

Based on tide-gauge measurements between 1947 and 1983 at Hilo, Hawai‘i, the rate of sinking was 2.4 mm (0.09 inch) per year, equivalent to 2.4 cm (0.9 inch) per decade. The average worldwide rise of sea level since 1992 is about 3 cm (1.2 inches) per decade. Add these together and Hawai‘i is submerging beneath sea level by as much as 5-6 cm (2 to 2.4 inches) per decade. This is equivalent to 50 to 60 cm (1.6 to 2 ft) per century! Submergence from the slow, continuous subsidence and seal-level rise will eventually endanger shoreline infrastructure and development. Low-lying coastal areas on the Island of Hawai‘i will become increasingly threatened by damage from storm waves and tsunamis, and eventually by inundation.

Coconut grove and campground on the southern shoreline of Kīlauea Volcano at Halapē before 1975 magnitude 7.7 earthquake. Halapē was a popular hiking destination in Hawai‘i Volcanoes National Park.(Public domain.)

This part of the south flank of Kīlauea Volcano moved seaward about 6 m (20 ft) and subsided about 3.5 m (11.5 ft) as a result of the magnitude-7.7 earthquake. A tsunami swept ashore at Halapē and reached 14.6 m (48 ft) above the post-earthquake shoreline. (Öffentliche Domain.)


Land Subsidence in California

Measurements of land-surface elevations, aquifer-system compaction, and water levels are used to improve our understanding of the processes responsible for changes in the elevation of the land's surface. Elevation or elevation-change measurements are fundamental to monitoring land subsidence, and have been measured by using interferometric synthetic aperture radar (InSAR), continuous GPS (CGPS) measurements, campaign global positioning system (GPS) surveying, and spirit-leveling surveying. Aquifer-system compaction is measured by using extensometers these measurements have the added benefit of being depth-specific because extensometers are anchored at specific depths of interest. So, while each extensometer measures some fraction of total subsidence, the measurements can help us better understand the depths at which compaction is occurring. The most precise measurements tend to be made using spirit-leveling surveys and extensometers. The least precise measurements tend to be made by using GPS surveying, with CGPS and InSAR measurements falling somewhere in the middle with regard to preciseness.

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Water-Level, Water-Quality and Land-Subsidence Studies in the Mojave River and Morongo Groundwater Basins

Groundwater has been the primary source of domestic, agricultural, and municipal water supplies in the southwestern Mojave Desert, California, since the early 1900s. The population of the Mojave River and Morongo groundwater basins has grown rapidly during the last several decades, increasing from an estimated population of almost 273,000 in 1990 ( .


Ground Subsidence

Subsidence is the sinking or settling of the ground surface. It can occur by a number of processes. Ground subsidence may result from the settlement of native low density soils, or the caving in of natural or man-made underground voids. Subsidence may occur gradually over many years as sags or depressions form on the ground surface. More infrequent, subsidence may occur abruptly as dangerous ground openings that could swallow any part of a structure that happen to lie at that location, or leave a dangerous steep-sided hole. In Colorado, the types of subsidence of greatest concern are settlement related to collapsing soils, sinkholes in karst areas, and the ground subsidence over abandoned mine workings.

Gesetzliche Definition

H.B. 1041, 106-7-103(10): Ground subsidence means a process characterized by downward displacement of surface material caused by natural phenomena such as removal of underground fluids, natural consolidation, or dissolution of underground minerals, or by man-made phenomena such as underground mining.

Descriptive definition

There are several distinct types of natural processes and human activities that may produce ground subsidence. In general, the type and severity of surface subsidence is governed by the amount ground surface and the location of removal or compression, and the geologic conditions of a particular site. Some examples of the types of ground subsidence, and how they are affected or produced by geologic conditions are explained below.

Withdrawal of pore fluids, usually groundwater, is a common cause of ground subsidence. Massive lowering of the groundwater table by “mining” of groundwater in a poorly consolidated aquifer results in subsidence of the ground surface. There are no documented cases of serious subsidence from groundwater withdrawal in Colorado. However, several areas of extremely thick and extensive alluvial aquifers may have that potential if intensive future ground water development occurs. This is especially true of such large intermontane basins as the San Luis Valley, Wet Mountain Valley, North and Middle Park, and parts of the Upper Arkansas Valley. A second kind of ground subsidence results from desiccation (drying up) of very wet clay deposits following lowering of the water table. Hydrocompaction produces ground surface collapse from excessive wetting of certain low-density weak soils. This can occur in two general types of soil that are common in Colorado a) wind deposited silts (loess), and b) predominantly fine-grained colluvial soils. In either case, collapse occurs from excessive wetting of previously dry, collapsible soils. Wetting of these materials weakens the already weak or unstable soil structure, which undergoes internal collapse and densification (reduction of air voids). Densification of the weak soil column produces ground surface collapse and subsidence in the vicinity of excessive wetting. Removal of fine material by piping is probably an additional factor in some cases of subsidence by wetting. Such excessive wetting can occur from irrigation, broken water lines, surface ponding, or drainage diversions.

Dissolution of soluble rock or soil materials also results in ground subsidence. This occurs in areas underlain by highly soluble rock formations—especially gypsum (CaSo4-2H2O), or halite (NaC1) and to lesser extent in limestone (CaCO3) materials. Removal of earth materials by water solution leads to surface collapse. Hydrologic factors that may cause the solution and removal of material may be natural or man-induced. Natural solution is the result of the normal hydrologic processes of downward percolation of surface water and/or lateral movement of ground water within the water table (either the main groundwater table or a perched water table). Man-induced hydrologic changes or activities can have much the same effect on soluble earth materials. Such activities include temporary or permanent stream channel changes, irrigation ditches, land irrigation leaking or broken pipes, temporary or permanent ponding of surface waters, the mining of soluble minerals by means of forced circulation of water within the earth. Soluble rock materials that are subject to possible ground subsidence underlie large areas of western Colorado.

Removal of support by underground mining is a common cause of ground subsidence in many areas of Colorado. Extensive removal of minerals, mineral fuels, rock aggregate, and other materials results in large underground void spaces. Subsequent natural processes including fracturing, chemical changes, caving, flowage, and other related adjustments often produce surface subsidence, fissures, and tilting of the land surface above and/or adjacent to the surface projection of underground workings. Man-induced changes in the hydrology of the underground workings and/or overlying rock and soil materials can affect subsidence. In addition to actual undermined areas, special hazards are posed by certain appurtenant structures such as air shafts and various other mine workings. Additional problems in identifying and delineating areas of potential subsidence include the presence of faults and other geologic complications, and the fact that “final mine maps” may not show the actual extent of mining. Also, discrepancies in survey ties between the mine maps and surface reference points may be sizable. Many undermined areas have incomplete or nonexistent records. Potential subsidence hazards from underground mine working and shafts exist in many parts of Colorado. These include areas of past and present coal mining, “hard rock” mining areas, and undoubtedly others.

Severity of the problem

Geologic conditions conducive to all of the basic types of subsidence described above exist in extensive areas of Colorado. Known serious problems of mining related subsidence, hydrocompaction, and dissolution subsidence are known to occur in the state. The various subsidence web pages have case histories. With increased demand for mineral fuels, other mining activities and pressures for intensive urban and recreational development throughout much of the state, these problems will intensify unless recognized and wisely dealt with. These guidelines are intended to help local governments to identify problem areas and prevent needless economic losses in the future development of the state.

Criteria for Recognition

The criteria for recognition of actual or potential ground subsidence conditions include a careful evaluation of all pertinent historic, geologic, and hydrologic factors or the area, and/or actual periodic measurements. Onset of actual or observed subsidence is in many cases related to changes in land use accordingly land use changes in areas identified as having potential for subsidence should be carefully scrutinized.

Historic evidence includes common knowledge of long term area residents concerning characteristics of land under present and past usages. This kind of information is important but must be carefully evaluated for accuracy and objectivity. Additional sources of information include official records of state, local, and federal agencies (especially with respect to past mining activity). Unofficial sources of information include unofficial mine maps, newspaper accounts, and published books of a historical nature.

Engineering geologic factors should include a complete survey of existing geologic and engineering data that are available by way of a background study. These data will identify areas in a general way known to be underlain by geologic formations containing evaporite minerals, limestone, and potentially retrievable mineral deposits. More detailed information such as local geologic and engineering studies for highways or dam sites may reveal specific pertinent data and how similar geologic problems were (or were not) solved in areas of actual construction.

Knowledge of hydrologic factors is critical for evaluating most types of ground subsidence. Because of this, it is necessary to define hydrologic conditions to identify potential subsidence areas. The hydrologic analysis should include evaluation of all available geologic data as described above, but in a hydrologic context. Additional hydro-geologic data including published information, well logs, and field information from the site of the investigation should be compiled and evaluated. Finally the impacts of possible land uses should be evaluated as they apply to lands susceptible to ground subsidence.

Consequences of Improper Utilization

The consequences of improper utilization of land subject to ground subsidence will generally consist of excessive economic losses. These may include high repair and maintenance costs for buildings, irrigation works, highways, utilities, and other structures. At times, structures are condemned because of the damage. This causes direct economic losses to residents, and indirect losses through increased taxes and decreased property values. Spontaneous ground openings can be extremely dangerous if one were to open below an occupied structure.