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VL Geodynamik & Tektonik, WS 080919.11.2008 Rheologie der Lithosphäre Institut für Geowissenschaften Universität Potsdam.

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1 VL Geodynamik & Tektonik, WS Rheologie der Lithosphäre Institut für Geowissenschaften Universität Potsdam

2 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Übersicht zur Vorlesung

3 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre Abhängigkeit von der Zeitskala ! Verschiedene Prozesse bei der Deformation

4 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre

5 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre Byerlee (1978) Empirisches Gesetz Sprödbruch (brittle failure) bei zunehmendem Umschliessungsdruck

6 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre Spannungstensor

7 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre Deformationstensor

8 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre Beispiel: Uniaxiale Kompression (Sedimentbildung)

9 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre

10 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Der Mohrsche Spannungskreis Rheologie der Lithosphäre

11 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente Types of experiments:

12 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente Verschiedene experimentelle Testanordnungen Ein typisches Ergebnis

13 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente

14 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente Abhängigkeit von der Zeitskala !

15 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre Theoretisch maximale Festigkeit

16 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre Warum sind Gesteine viel leichter deformierbar ? Weil sie nicht perfekt sind !

17 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre Griffith Sprödbruch Theorie

18 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Mikroskopisch (homogener Festkörper): Griffith Sprödbruch Theorie Makroskopisch (heterogenes Gestein): Empirische Gesetze Rheologie der Lithosphäre

19 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Labordaten nach Byerlee (1978) Rheologie der Lithosphäre

20 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Empirische Begriffe Rheologie der Lithosphäre

21 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Empirische Begriffe Rheologie der Lithosphäre

22 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre 1990

23 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 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 Z 1, linear elastic behaviour from Z 1 to Z 2 and ductile failure below depth Z 2 ; Z 0 corresponds to the depth of no elastic strain. Rheologie der Lithosphäre

24 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre D.L. Kohlstedt, B. Evans, S.J. Mackwell J. Geophys. Res. 100 (1995) 17,587-17,602

25 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre D.L. Kohlstedt, B. Evans, S.J. Mackwell J. Geophys. Res. 100 (1995) 17,587-17,602

26 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809

27 Stick-slip Instabilität

28 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Seismizität als kooperatives Phänomen

29 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II: Der lithosphärische Mantel

30 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Festkörper oder Flüssigkeit ?

31 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Eindimensionale Strömung

32 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Dynamische & kinematische Viskosität

33 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II

34 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II Dislokations-Kriechen Diffusions-Kriechen Dislokations-Gleiten

35 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II

36 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II h - Korngrösse

37 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II

38 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II

39 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II

40 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II

41 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II

42 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II

43 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II

44 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II Karato & Wu, Science 1993 Kohlstedt et al., JGR 1995

45 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II

46 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II Deformationskarte (deformation map) für Silizium (nur als Vergleich)

47 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre II Deformationskarte (deformation map) für Olivin bestimmt das Deformationsverhalten von Peridodit

48 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre III: Lokalisierung von Deformation

49 VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809 Rheologie der Lithosphäre III Lokalisierung durch Korngrössenreduktion

50 VL Geodynamik & Tektonik, WS 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.


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