BuchbesprechungK. Stüwe: Geodynamik der Lithosphäre
(2000,405 S., Springer Verlag, ISBN: 3-540-67516-7, DM 79,-)
M. Valdivia-Manchego, Bonn
Wie dem Vorwort zu entnehmen ist, richtet Stüwe sein Anfängerlehrbuch an den geländeorientierten Erdwissenschaftler. Er möchte den klassischen Geologen/ Geowissenschaftler dazu motivieren, seine Geländebeobachtungen im quantitativen geodynamischen Kontext zu betrachten. Dabei spielt die Umsetzung gedanklicher Modelle in formale Prozessbeschreibungen eine zentrale Rolle, die in der Regel die Kenntnis mathematisch/physikalischer Grundprinzipien und -verfahren voraussetzt.
Das Buch zeigt eine Gliederung in zwei thematische Abschnitte. Im ersten Teil wird in 7 Kapiteln auf ein Spektrum geogener Prozesse und die Möglichkeiten ihrer quantitativen Beschreibung eingegangen. Zu jedem Kapitel werden Übungsaufgaben angeboten.
Der zweite Abschnitt erläutert explizit die im ersten Teil angeführten mathematischen Hilfsmittel, gefolgt von einer ergänzenden Formelsammlung und den Lösungen der im ersten Teil aufgeführten Aufgaben.
In seiner Einführung im 1. Kapitel geht Stüwe auf die unterschiedliche semantische Belegung des Begriffs Modellieren ein und gibt einen Überblick über ein- bis mehrdimensionale Modellierungsansätze für geologische Fragestellungen.
Das 2. Kapitel: Plattentektonik stellt das moderne Konzept mit grundlegenden Prinzipien geodynamischer Prozesse im Krustenbereich und deren moderner Nomenklatur vor. Nach einer historischen Betrachtung der Entwicklung des Konzepts der Plattentektonik werden Verfahren zur kartographischen Beschreibung und Erfassung der Kinematik an der Erdoberfläche, in einer für Einsteiger sehr verständlichen Art und Weise, dargestellt. Der Bezug vom Schalenbau der Erde zu plattentektonischen Abläufen wird hergestellt und ist Grundlage für die folgenden Kapitel.
Mit dem 3. Kapitel: Temperatur und Wärme erfolgt am Beispiel der Fragestellungen zum Wärmehaushalt und seiner Bedeutung für die quantitative Betrachtung von Lithosphärenprozessen der Einstieg in die mathematische Formulierung von Zuständen und Prozessen. Es wird grossen Wert darauf gelegt, die physikalischen Grundlagen der Wärmeleitung, konvektion und -produktion mathematisch nachvollziehbar mit Erläuterung der jeweiligen Verfahren abzuleiten. Der Autor scheint sich bewusst zu sein, dass genau dieser Schritt häufig eine Hürde für den klassischen Geologen bedeutet, der sich während seines Studiums in diesen Themenbereich einarbeiten möchte. Entsprechend ausführlich fallen die Ableitungen aus, die stets am konkreten Modellbeispiel erläutert werden.
Im 4. Kapitel: Form, Höhe und Bewegung geht Stüwe auf die an der Erdoberfläche erkennbare Krustentektonik ein. Geomorphologie als Konsequenz der Krustendynamik ist eine moderne Ausrichtung in den Geowissenschaften, die auch unter dem Begriff der Neotektonik an Bedeutung zunimmt. Nach einer Einleitung zu den möglichen Bezugsflächen werden die Eulerschen und Lagrangeschen Bezugsrahmen zur Beschreibung von relativen Bewegungen eingeführt. Insbesondere die Hebungsmechanismen tektonischer und isostatischer Natur (Beckenbildungen werden im 6. Kapitel betrachtet) und die daran gekoppelten Erosionsprozesse, die zu charakteristischen Reliefformen führen, stehen hier im Mittelpunkt. Als Modellierungsansatz für solche Prozesse wird hauptsächlich die Diffusionsgleichung angeführt, fraktale Ansätze werden im Vergleich sehr generell behandelt und Ansätze in Richtung SOC (Self Organized Criticality) fehlen leider ganz.
Insbesondere in diesem, wie auch in den folgenden Kapiteln fehlen leider Fallbeispiele, die einen Vergleich der theoretischen Betrachtungen mit tatsächlich erfolgten Messungen oder Geländeaufnahmen ermöglicht. Es wäre wünschenswert gewesen, einige ausführliche Beispiele aus der angeführten Literatur zu den einzelnen Themenkreisen zu übernehmen, um den Grad der Übereinstimmung oder Vereinfachung von Modellvorstellungen gegenüber der beobachteten Realität besser zu veranschaulichen.
Dieser Schritt bleibt dem Leser weitestgehend selbst überlassen, wobei die ausführlichen Literaturangaben sehr hilfreich sind. Da es sich hierbei jedoch um ein Buch für Anfänger handelt, täte diese Anbindung an die Gelände- oder Messkampagnen gut. Gerade der Vergleich von Modellierungsergebnissen mit der beobachtbaren Natur stellt eine wichtige Motivation dar, solche Verfahren zur Anwendung zu bringen.
Das 5. Kapitel: Kraft und Rheologie beginnt mit einer Einführung der physikalischen Grundlagen von Spannung und Verformung. Im Hinblick auf die weitere Verständlichkeit stellt dieses Kapitel einen Einschub zur Erläuterung der für die folgenden Kapitel notwendigen physikalischen Grundlagen dar. Für die Strukturgeologie wichtige Begriffe wie Spannungstensor, Festigkeit und Spannungsgleichgewicht sowie elastische und viskose Verformung werden in ihren physikalischen Beziehungen dargestellt. Rheologie und Kräftefelder werden mit Blick auf eine Abschätzung der Grössenordungen, in denen Prozesse im Krustenbereich ablaufen, beschrieben.
Das 6. Kapitel: Dynamische Prozesse stellt thematisch die Fortsetzung des 4. Kapitels dar. Es werden Dehnungs- und Kollisionsprozesse und die damit in Zusammenhang stehende Entstehung von Sedimentationsbecken und Orogenen behandelt. Zunächst werden Absenkungsmechanismen und deren Einfluss auf die Beckenausprägung bis hin zur Subsidenzanalyse als Ausgangspunkt für Backstripping -Analysen übersichtlich erläutert. Es folgt die Beschreibung von Dehnungsmodellen als Erklärung für die unterschiedlichen Subsidenzverläufe, jedoch leider ohne einen Bezug zu konkreten geologischen Fallbeispielen. Dies gilt auch für die im zweiten Teil ansonsten ausführlich beschriebenen Kollisionsprozesse, deren thermische Entwicklung und mechanische Erklärung.
Die Kenntnis der raumzeitlichen Entwicklung von Druck, Temperatur und Verformung ermöglicht Aussagen über den Verlauf orogener Prozesse. Im 7. Kapitel (P-T-t-D-Kurven) wird relativ kurz und allgemein auf die Bestimmung und geologische Interpretation solcher PT-Pfade eingegangen.
Der Anhang beginnt mit der Erläuterung mathematischer Hilfsmittel. In allgemeinverständlicher Weise sind hier der Umgang mit einfachen Differentialgleichungen und anderen numerischen Methoden beschrieben. Dabei ist dem Autor durchaus bewusst, dass allein das Lesen und Verstehen solcher Gleichungssysteme bei Studenten der Geowissenschaften durchaus nicht selbstverständlich ist. Weitere Hilfestellungen, wie die Erläuterung der aktuellen Nomenklatur und deren englische Übersetzung im Text stellen, gerade für Studenten unterer Semester eine grosse Hilfe bei der Sichtung der, meist englischsprachigen Literatur dar. Hilfreich sind in diesem Sinne auch die kommentierten Hinweise zu weiterführenden Lehrbüchern, die aus der umfangreichen Literaturliste gesondert hervorgehoben sind. Die angeführte Literatur mit über 300 Zitaten meist aus den letzten 20 Jahren stellt in ihrer Auswahl einen guten Ausgangspunkt für eine weiterführende Recherche dar. Die zum Teil schon recht anspruchsvollen Aufgaben mit Lösungen (über 60) geben dem Leser die Möglichkeit zur Selbstkontrolle. Darüber hinaus bietet Stüwe auf seiner Internetseite (http://bgeolm20.kfunigraz.ac.at/) wohl demnächst die Programme die zum Erstellen der Abbildungen und zum Lösen der Aufgaben benutzt wurden zum Herunterladen an, zur Zeit kann man eine entsprechende Nachfrage via e-mail an ihn richten.
Dem Autor ist es gelungen eine gut verständliche Einführung in Prozesse der Lithospäre zu geben und er bietet somit dem Strukturgeologen, Sedimentologen, Geophysiker und Geomorphologen die Grundlage zur gesamtheitlichen Analyse. Gleichzeitig schafft er die mathematischen und physikalischen Grundvoraussetzungen, die notwendig sind, um einem geowissenschaftlich interessierten Leser, insbesondere dem Studierenden, bereits mit Beginn des Studiums den Einstieg in das Verständnis der quantitativen Beschreibung und dynamischen Modellierung geogener Prozesse zu ermöglichen. Die heute sehr wichtige Kombination von einem über Beobachtung gewonnenen geowissenschaftlichen Prozessverständnisses und physikalisch begründeten Modellieransätzen wird mit diesem Buch gefördert.