Rheologie der Lithosphäre Institut für Geowissenschaften Universität Potsdam

Übersicht zur Vorlesung

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

Rheologie der Lithosphäre

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

Rheologie der Lithosphäre Spannungstensor 

Rheologie der Lithosphäre  Deformationstensor 

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

Rheologie der Lithosphäre

Rheologie der Lithosphäre Der Mohrsche Spannungskreis

Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente Types of experiments:

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

Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente

Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente Abhängigkeit von der Zeitskala !

Rheologie der Lithosphäre Theoretisch maximale Festigkeit

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

Rheologie der Lithosphäre Griffith Sprödbruch Theorie

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

Rheologie der Lithosphäre Labordaten nach Byerlee (1978)

Rheologie der Lithosphäre Empirische Begriffe

Rheologie der Lithosphäre Empirische Begriffe

Rheologie der Lithosphäre 1990

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.

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

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

„Stick-slip“ Instabilität

„kooperatives Phänomen“ Seismizität als „kooperatives Phänomen“

Rheologie der Lithosphäre II: lithosphärische Mantel

Festkörper oder Flüssigkeit ?

Eindimensionale Strömung

Dynamische & kinematische Viskosität

Rheologie der Lithosphäre II

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

Rheologie der Lithosphäre II

Rheologie der Lithosphäre II h - Korngrösse

Rheologie der Lithosphäre II

Rheologie der Lithosphäre II

Rheologie der Lithosphäre II

Rheologie der Lithosphäre II

Rheologie der Lithosphäre II

Rheologie der Lithosphäre II

Rheologie der Lithosphäre II

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

Rheologie der Lithosphäre II

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

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

Rheologie der Lithosphäre III: Lokalisierung von Deformation

Korngrössenreduktion Rheologie der Lithosphäre III Lokalisierung durch Korngrössenreduktion

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.