Rheologie der Lithosphäre

Präsentation zum Thema: "Rheologie der Lithosphäre"—  Präsentation transkript:

1 Rheologie der Lithosphäre
Institut für Geowissenschaften Universität Potsdam

2 Übersicht zur Vorlesung

3 Rheologie der Lithosphäre
Verschiedene Prozesse bei der Deformation Abhängigkeit von der Zeitskala !

4 Rheologie der Lithosphäre

5 Rheologie der Lithosphäre
Sprödbruch („brittle failure“) bei zunehmendem Umschliessungsdruck Byerlee (1978) Empirisches Gesetz

6 Rheologie der Lithosphäre
Spannungstensor 

7 Rheologie der Lithosphäre
 Deformationstensor 

8 Uniaxiale Kompression
Rheologie der Lithosphäre Beispiel: Uniaxiale Kompression (Sedimentbildung)

9 Rheologie der Lithosphäre

10 Rheologie der Lithosphäre
Der Mohrsche Spannungskreis

11 Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente
Types of experiments:

12 Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente
Verschiedene experimentelle Testanordnungen Ein „typisches“ Ergebnis

13 Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente

14 Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente
Abhängigkeit von der Zeitskala !

15 Rheologie der Lithosphäre
Theoretisch maximale Festigkeit

16 Rheologie der Lithosphäre
Warum sind Gesteine viel leichter deformierbar ? Weil sie nicht „perfekt“ sind !

17 Rheologie der Lithosphäre
Griffith Sprödbruch Theorie

18 Rheologie der Lithosphäre
Mikroskopisch (homogener Festkörper): Griffith Sprödbruch Theorie Makroskopisch (heterogenes Gestein): Empirische Gesetze

19 Rheologie der Lithosphäre
Labordaten nach Byerlee (1978)

20 Rheologie der Lithosphäre
Empirische Begriffe

21 Rheologie der Lithosphäre
Empirische Begriffe

22 Rheologie der Lithosphäre
1990

23 Rheologie der Lithosphäre
Yield stress envelope of the continental lithosphere defining the maximum stress for which the lithosphere behaves like an elastic solid. The failure envelope of the crust and upper mantle forms a double layer, each consisting of a brittle upper part and ductile lower part. The heavy line shows an example of a bending stress profile. The lithosphere exhibits brittle failure from the surface to depth Z1, linear elastic behaviour from Z1 to Z2 and ductile failure below depth Z2; Z0 corresponds to the depth of no elastic strain.

24 D.L. Kohlstedt, B. Evans, S.J. Mackwell
Rheologie der Lithosphäre D.L. Kohlstedt, B. Evans, S.J. Mackwell J. Geophys. Res. 100 (1995) 17,587-17,602

25 D.L. Kohlstedt, B. Evans, S.J. Mackwell
Rheologie der Lithosphäre D.L. Kohlstedt, B. Evans, S.J. Mackwell J. Geophys. Res. 100 (1995) 17,587-17,602

26

27 „Stick-slip“ Instabilität

28 „kooperatives Phänomen“
Seismizität als „kooperatives Phänomen“

29 Rheologie der Lithosphäre II: lithosphärische Mantel

30 Festkörper oder Flüssigkeit ?

31 Eindimensionale Strömung

32 Dynamische & kinematische Viskosität

33 Rheologie der Lithosphäre II

34 Rheologie der Lithosphäre II
Dislokations-Kriechen Diffusions-Kriechen Dislokations-Gleiten

35 Rheologie der Lithosphäre II

36 Rheologie der Lithosphäre II
h - Korngrösse

37 Rheologie der Lithosphäre II

38 Rheologie der Lithosphäre II

39 Rheologie der Lithosphäre II

40 Rheologie der Lithosphäre II

41 Rheologie der Lithosphäre II

42 Rheologie der Lithosphäre II

43 Rheologie der Lithosphäre II

44 Rheologie der Lithosphäre II
Karato & Wu, Science 1993 Kohlstedt et al., JGR 1995

45 Rheologie der Lithosphäre II

46 Rheologie der Lithosphäre II
Deformationskarte („deformation map“) für Silizium (nur als Vergleich)

47 Deformationsverhalten
Rheologie der Lithosphäre II Deformationskarte („deformation map“) für Olivin bestimmt das Deformationsverhalten von Peridodit

48 Rheologie der Lithosphäre III: Lokalisierung von Deformation

49 Korngrössenreduktion
Rheologie der Lithosphäre III Lokalisierung durch Korngrössenreduktion

50 Zusammenfassung Die Rheologie der Lithosphäre wird durch Deformations-
Prozesse auf verschiedensten Zeitskalen (im Bereich von bis zu 15 Grössenordnungen) bestimmt. Elastische Deformationen dominieren dabei in der Nähe der Erdoberfläche (Erdkruste), während mit zunehmender Tiefe duktile Deformationsmechanismen (viskoses Kriechen) Bedeutung gewinnen. Die Charakterisierung dieser Fliesseigenschaften von Krusten- bzw. Mantelgestein erfolgt experimentell auf einer empirischen Basis durch Laboruntersuchungen unter erhöhten Druck- bzw. Temperaturbedingungen.