Fallen (Geologie)

Als Fallen oder Einfallen bezeichnet man in der Geologie den Betrag und die Orientierung der Neigung einer geologischen Fläche (z. B. einer Schichtfläche).

Schematische Darstellung der Parameter, die die Lage einer „geologischen Fläche“ (Planar) im Raum definieren:
blau = Horizontalebene als Kompassrose, grün = Fläche senkrecht zur Horizontalebene entlang der Nord-Süd-Achse, rot = zu definierende Fläche, z = Streichlinie, Z = Streichrichtung, σ = Streichwinkel, F = Fallrichtung (in der Horizontalebene), φ = Fallwinkel.

Streichen und Fallen stehen stets senkrecht zueinander. Illustration an einer geneigten Schichtfläche

Das Fallen ermöglicht mithin die eindeutige Beschreibung der Orientierung einer geologischen Fläche im Raum. Mit dem Fallen in engem geometrischen Zusammenhang steht das Streichen, das aber nicht nur der Beschreibung der Raumlage geologischer Flächen, sondern auch langgestreckter, ggf. komplexer Gebirgskörper dient.

Definition

Beim Fallen werden Fallwinkel und Fallrichtung unterschieden. Der Fallwinkel ist der Winkel zwischen der Horizontalebene und der steilsten Linie (Falllinie), die auf einem Planar angebracht werden kann. Der Fallwinkel definiert damit die Neigung des Planars. Die Richtung, in die die Falllinie, projiziert in die Horizontalebene, zeigt, ist die Fallrichtung. Sie gibt an, in welche Richtung das Planar angekippt ist (ausgehend von einer ursprünglich horizontalen Position) und liegt immer senkrecht zum Streichen. Zusammen mit der Streichrichtung ist durch den Fallwinkel die räumliche Orientierung eines beliebigen Planars eindeutig festgelegt.

Eine Angabe wie „035/20SE“ bedeutet, dass der Fallwinkel der geologischen Fläche 20 Grad beträgt und dass die Fallrichtung Südost ist. „035“ ist in diesem Beispiel der Wert der Streichrichtung, der indirekt auch die exakte Fallrichtung angibt (bei Fallrichtung SE: 35 Grad + 90 Grad = 125 Grad, bei Fallrichtung NW: 35 Grad – 90 Grad → 360 Grad – 55 Grad = 305 Grad). Die Form der obigen Angabe ist die traditionelle geologische Notation. Eine neuere Form ist die sogenannte Clar-Notation (nach Eberhard Clar). Sie beinhaltet die numerischen Werte von Fallrichtung und Fallwinkel und würde im obigen Fall mit 125/20 angegeben.

Eine exakt horizontale (söhlig liegende) Fläche hat einen Fallwinkel von 0 Grad und damit keine Fall- und folglich auch keine Streichrichtung. Eine exakt senkrechte (saiger stehende) Fläche hat einen Fallwinkel von 90 Grad und eine eindeutige Streich-, aber keine eindeutige Fallrichtung (Streichrichtung ± 90 Grad).

Messung

Ein geeignetes Instrument zum Messen des Streichens und Fallens ist der Gefüge- oder Geologenkompass. Der Fallwinkel wird dabei an einer Skale abgelesen, die sich am Scharnier zwischen dem Kompasskörper und dem Kompassdeckel befindet. Historisch wurde das Fallen u. a. mit einem Stratameter bestimmt.

Scheinbares und wahres Fallen

Scheinbares und wahres Fallen: Die betreffende geologische Fläche ist grün eingezeichnet. α ist der wahre Fallwinkel, denn die Profillinie a verläuft 90° zum Streichen. α′ ist ein scheinbarer Fallwinkel, denn der Winkel β ist kleiner als 90°.

In einem geologischen Profilschnitt unterscheidet man das in der Profilebene beobachtete scheinbare Fallen vom wahren oder wirklichen Fallen, wenn die Profilebene nicht genau senkrecht zum Streichen bzw. parallel zur Falllinie verläuft.

Wahrer Einfallswinkel, scheinbarer Einfallswinkel und Profilwinkel (horizontaler Winkel zwischen dem Streichen und der Profillinie) stehen in trigonometrischem Zusammenhang – sind zwei der Winkel gegeben, so lässt sich der dritte berechnen. Sei β der Profilwinkel, α′ das scheinbare Fallen und α das wahre Fallen, dann gilt:

$\tan \alpha '={\frac {g}{a'}}$

(1)

$\tan \alpha ={\frac {g}{a}}$

(2)

und

$\sin \beta ={\frac {a}{a'}}$

(3)

Nomogramm nach H. S. Palmer zum scheinbaren Fallen

Aus (1) und (2) folgt:

$\tan \alpha '={\frac {a}{a'}}\tan \alpha$

(4)

Durch Einsetzen von (3) in (4) ergibt sich

$\tan \alpha '=\sin \beta \cdot \tan \alpha$

Neben der Berechnung mit dem Taschenrechner oder Computer kann der gesuchte Wert unter Anwendung verschiedener nicht-elektronischer Rechenhilfsmittel ermittelt werden: Durch zeichnerische Konstruktion, durch Konstruktion im Schmidtschen Netz oder durch Ablesen aus hierfür entwickelten Nomogrammen.

Weblinks

Wiktionary: fallen – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen