Faltengeometrie
 

Falten sind gebogene Flächen. Sie gehören zu den augenscheinlichsten und häufigsten Deformationserscheinungen. Ihre auffälligste Eigenschaft ist die Vielfältigkeit bezüglich Form (Faltenstil) und Größe. Aufgrund der beträchtlichen morphologischen Vielfalt von Falten ist ein umfassendes Vokabular zur Beschreibung dieser Strukturen entstanden. Je nach Form unterscheidet man Knickfalten, Biegefalten oder Fließfalten Der Faltenstil erlaubt Rückschlüsse auf die Verformungsbedingungen. Falten im Gestein variieren in ihrer Grösse von mikroskopischen Runzeln bis zu Verfaltung(convolution) in der Grössenordnung von Bergen. Sie kommen in allen Massstäben vor, einzeln als isolierte Falten oder als ausgedehnte Faltenzüge(fold trains)mit unterschiedlicher Grösse. Langgezogene Faltensysteme, die sich in regionalem Massstab verfolgen lassen, werden als Faltengürtel (fold belts) bezeichnet.

Falten bilden sich bei unterschiedlichen Drücken, Porendrücken und Temperaturen. Dies wird bezeugt durch ihr Auftreten in Sedimenten, in Sedimentgesteinen, im ganzen Spektrum von metamorphen Gesteinen und in einigen magmatischen Gesteinen. Falten können durch eine primäre oder sekundäre Verformung entstehen. Im ersten Fall findet die Faltung während der Bildung des Gesteins statt, im zweiten Fall handelt es sich um eine tektonische Verformung.

Faltenbildung
 

Vor Allem die sedimentären, einer ehemals horizontal geschichteten Gesteinseinheit, können durch Tektonik gekippt, verbogen oder gefaltet werden. Je nach Art und Wirkungsdauer der beteiligten Kräfte entstehen Verbiegungen unterschiedlicher Gestalt und Größe.
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: von einfachen Monoklinen  über Aufwölbungen (Antiklinalen) und abwärts gerichteten Verbiegungen (Synklinalen) bis hin zu komplexen Faltenstrukturen (Überfaltungen). In der Regel vertrauen de Geologen dem stratigrafischen Grundgesetz. Es besagt, das jüngere Schichten über älteren lagern und Du an der der relativen Position der Schichten die Landschaftsformung erkennen kann.

Klassifikation von Falten
 

Zur Klassifikation von Falten wird deren Geometrie herangezogen. Da die Krümmung jeder gefalteten Fläche systematisch variiert, wird diese dazu benutzt, wichtige Elemente einer Falte zu definieren. Der Krümmungsradius einer verfalteten Fläche verändert sich schrittweise von Punkt zu Punkt. Die wichtigsten Elemente jeder Falte sind:

• Die Faltenachse: Sie ist definiert als die Linie stärkster Krümmung.
• Die Faltenachsenebene bzw. Faltenachsenfläche: Für jede Fläche wird eine Faltenachse bestimmt. Da eine Fläche keine vertikale Ausdehnung hat, kann man sich ein Gesteinspaket als aus unendlich vielen übereinander liegenden Flächen bestehend vorstellen. Jede dieser Flächen hat eine eigene Faltenachse. Die Verbindung aller Faltenachsen ergibt die Faltenachsenebene bzw. - fläche, je nachdem, ob sie gerade oder gebogen ist.
• Die Scharniere: Bereich um die Faltenachse, in dem die Krümmung sehr groß ist. Das Innerste des Scharniers ist dessen Kern.
• Die Schenkel: Bereich mit kleiner Krümmung, liegt zwischen den Scharnieren.
• Der Kamm oder Scheitel ist der höchste Punkt einer Antiform
• Der Trog ist der niedrigste Punkt einer Synform
• Gedachte Linien, die Scheitel oder Trog einer Schichtfläche miteinander verbinden, werden als Scheitellinie (Firstlinie) bzw. Troglinie bezeichnet.
• Die hohen Punkte der Scheitellinie sind Kulminationen; die tiefen Punkte der Troglinie sind Senken.

Eine Falte, die nach oben konvex ist, bildet eine Antiform, eine die nach unten konvex ist, eineSynform. Sie treten häufig in Paaren auf.Gebiete im Innern, d.h. auf der konkaven Seite einer verfalteten Schicht werden als Kern der Falte bezeichnet. Die konvexe und konkave Grenzfläche einer verfalteten Schicht werden mit Aussenseite bzw. Innenseite bezeichnet. Anti- und Synklinalen sind grosse (megaskopische, im regionalen Massstab) Anti- bzw. Synformen.Eine ovale Antiform ohne bestimmbare Richtung der Scharnierlinie, bei der die Schichtung von einem zentralen Punkt in alle Richtungen abfällt, ist ein Dom. Dementsprechend ist eine Synform ohne bestimmte Scharnierrichtung, d.h. die Schichtung fällt aus allen Richtungen ein, ein Becken. Dome und Becken bilden eine Struktur, die man mit Eierschachteln vergleichen kann. Falten, die weder eine Antiform noch eine Synform sind und deren Schenkel seitwärts konvergieren, werden als neutrale Falten bezeichnet.

Antiklinale (Sattel) und Synklinale (Mulde) sind Bezeichnungen mit stratigraphischer Bedeutung. Eine Antiklinale ist eine Antiform, bei der die ältesten Schichten im Kern der Falte liegen, während bei der Synklinale die jüngsten Schichten im Kern der Synform liegen. In einfachgefalteten Bereichen sind Antiklinalen antiformal und Synklinalen synformal. In mehrmals gefalteten Gebieten sind antiformale Synklinalen (Antiform mit dem jüngsten Gestein im Kern) und synformale Antiklinalen (Synform mit dem ältesten Gestein im Kern) häufig. In solchen Gebieten ist es wichtig die Verjüngungsrichtung(younging direction) zu bestimmen, welche die Richtung ist, in der die Schichten entlang der Achsenebene jünger werden.

DasProfil einer Falte ist der Schnitt, der sowohl senkrecht zur Faltenachse als auch zur Achsenebene verläuft. Dies unterscheidet es von einem geologischen Abschnitt, der gewöhnlich in einer vertikalen Ebene gezeichnet wird. Das Profil ist eine ideale Bezugsfläche, die benutzt wird, um alle geometrischen Eigenschaften der Falte zu beschreiben und zu messen: Höhe oder Amplitude, Wellenlänge, Enge und Rundung.

In Profilansicht wird der kleinere Winkel zwischen den Schenkeln einer Falte als Öffnungswinkel bezeichnet, der eine Masseinheit für die Enge einer Falte ist. Er ist definiert als der Winkel zwischen den Tangenten von zwei nebeneinander liegenden Wendepunkten. Dieser Winkel kann die Intensität der Verkürzung widerspiegeln. Eine qualitative Klassifizierung von Falten beruht auf dem Öffnungswinkel. Man unterscheidet sechs Klassen:

Eine qualitative Klassifizierung von Falten beruht auf dem Öffnungswinkel. Man unterscheidet sechs Klassen:

Eine halbquantitative Klassifikation ist für Falten mit subhorizontalen Achsen gültig.Aufrechte(upright)Falten haben eine ungefähr vertikale stehende Achsenebene.Falten mit einer einfallenden Achsenebene sind geneigt. Man unterscheidet je nach Neigung der Achsenebene: 80°<steil<60°<mittelsteil<30°<flach<10° geneigte Faltenwenn der steilere Schenkel eine Stratigraphie mit einer Verjüngungsrichtung nach oben hat oder vertikal steht. Die Falte ist überkippt, wenn beide Schenkel in die gleiche Richtung wie die Achsenebene einfallen und der steilere Schenkel eine überkippte Stratigraphie hat.Liegende Falten weisen eine sub-horizontale Achsenebene auf. Grosse liegende Falten, mit mehreren Kilometer langem überkipptem Schenkel werden manchmal als Faltendecken bezeichnet.Tauchfalten haben eine Achsenebene, die mehr als 90° rotiert ist.
 

Profildarstelung der Orientierung von Achsenflächen

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. Symmetrische Falten haben keine Vergenz

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 entstehen durch seitliche Einengung. Dabei werden Gesteinsschichten wellenartig verbogen und/oder geknickt. Entlang von Schichtflächen findet dabei eine Verschiebung der einzelnen Schichten gegeneinander statt.
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 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.

Besondere Faltenformen
 

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 sind Falten, die, hervorgerufen durch Knickung der Schichten, mit einem flachen Scheitel und fast rechtwinklig stehenden, steil einfallenden Schenkeln die Form eines Rechteckes besitzen.
Chevronfalten sind symmetrischeoder leicht asymmetrische Falten mit geraden Schenkeln, scharfen eckigen Scharnierenund spitzen Öffnungswinkeln. Chevronfalten sind typisch für inkompetente Gesteine, welche eine ausgeprägte planare Anisotropie besitzen (Phyllite, Glimmerschiefer..). Asymmetrische Chevronfalten werden auch Zickzack-Falten (zigzag folds) genannt
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 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)
Parasitäre Falten oder auch Falten 2. Ordnung sind kleinere Verfaltungen innerhalb einer größeren Falte. Dadurch ist ein Rückschluss, auf die Falte der 1. Ordnung aufgrund, der parasitären Falte möglich. Parasitäre Falten lassen sich in Z-, M- und S-Falten unterteilen, da sie ähnlich wie diese Buchstaben aussehen. Dabei tritt die Vergenz bei Z-Falten im Uhrzeigersinn, bei S-Falten gegen den Uhrzeigersinn ein und die M-Falten sind Symmetrisch (keine Vergenz)
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.
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.
Drapefalten sind Umbiegungen in sedimentären Schichten, die sich damit passiv einer tiefer liegenden Struktur anpassen.

Quellen: http://www.cms.fu-berlin.de, https://www.mineralienatlas.de, wikipedia.de
Robert Yarham - Landschaften lesen,
Ramsay J.G. & Huber M.I. - 1987. The techniques of modern structural geology - Volume2 : Folds and fractures.
Jean-Pierre Burg: Falten - Geologisches Institut, Arbeitsgruppe Strukturgeologie und Tektonik, ETH Zürich und Universität Zürich
Bilder: Eigene sowie mit freundlicher Genehmigung von Erik Hock,

 

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Schaue auf den Berghang Richtung Südosten (zur gegenüberliegenden Seite des Flusses) dort findest du rechts und linke zwei unterschiedliche und sehr prägnante Faltenformen. 

1. Schaue dir zuerst das Faltenbild ca 20m links von dem kleinen Wasserfall an

1. Wenn du an die oben beschriebenen Faltentypen denkst, um welchen Faltentyp handelt es sich dabei und kannst du eine der besonderen Faltenform(en) sehen? Bitte Begründe deine Antwort.

2. Beschreibe die Faltung unter Berücksichtigung der oben dargestellten Klassifikation (Orientierung der Profilachsen, welche Öffnungsklassen kannst Du erkennen?)
3. Schätze den kleinsten und den größten vorkommenden Öffnungswinkel..
4. Kannst Du parallele und kongruente, harmonische oder disharmonische Falten erkennen? Wie würdest du deine Beobachtung begründen

2. Schaue dir danach das Faltenbild rechts vom Wasserfall an.

1. Wenn du an die oben beschriebenen Faltentypen denkst, um welchen Faltentyp handelt es sich dabei und welche Faltenform siehst Du? Bitte Begründe deine Antwort.
2. Wie groß schätzt du hier den Öffnungswinkel, die Länge der Wellenlänge sowie der Amplitude? (Berücksichtige die Faltenachsenfläche um 90° geneigt ist)
3. Kannst Du parallele und kongruente, harmonische oder disharmonische Falten erkennen? Wie würdest du deine Beobachtung begründen

3. Mache ein Foto

Seit dem 10. Juni 2019 darf ein Logfoto gefordert werden. Stelle bitte ein Foto mit ein, welches den Besuch dort dokumentiert, zugleich keine Antworten zu den gestellten Fragen verrät - euer GPS-Gerät, Talisman oder ein anderer persönlicher Gegenstand mit auf dem Logfoto wird gern gesehen!
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