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

VL Geodynamik & Tektonik, WS 080919.11.2008

Rheologie der Rheologie der LithosphäreLithosphäre

Institut für Geowissenschaften Universität Potsdam

VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809

Übersicht zur Vorlesung

Rheologie der Lithosphäre

Abhängigkeitvon der

Zeitskala !

VerschiedeneProzesse bei der

Deformation

Byerlee (1978)Empirisches Gesetz

Sprödbruch(„brittle failure“)

bei zunehmendemUmschliessungsdruck

Spannungstensor

Deformationstensor

Beispiel:Uniaxiale Kompression

(Sedimentbildung)

Der Mohrsche Spannungskreis

Rheologie der Lithosphäre: Laborexperimente

Types of experiments:

Verschiedene experimentelle Testanordnungen

Ein „typisches“ Ergebnis

Abhängigkeitvon der

Zeitskala !

Theoretischmaximale Festigkeit

Warum sind Gesteine

viel leichter deformierbar ?

Weil sie nicht„perfekt“ sind !

GriffithSprödbruch

Theorie

Mikroskopisch(homogenerFestkörper):

GriffithSprödbruch

Theorie

Makroskopisch(heterogenes

Gestein):Empirische

Gesetze

Labordaten nachByerlee (1978)

EmpirischeBegriffe

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. MackwellJ. Geophys. Res. 100 (1995) 17,587-17,602

„Stick-slip“Instabilität

Seismizität als„kooperatives Phänomen“

Rheologie der Lithosphäre II:

Der lithosphärische Mantel

Festkörper oder Flüssigkeit ?

Eindimensionale Strömung

Dynamische & kinematische Viskosität

Rheologie der Lithosphäre II

Dislokations-Kriechen Diffusions-Kriechen

Dislokations-Gleiten

h - Korngrösse

Karato & Wu, Science 1993Kohlstedt et al., JGR 1995

Deformationskarte(„deformation map“)

für Silizium(nur als Vergleich)

Deformationskarte(„deformation map“)

für Olivin

bestimmt dasDeformationsverhalten

von Peridodit

Rheologie der Lithosphäre III:

Lokalisierung von Deformation

Rheologie der Lithosphäre III

Lokalisierung durchKorngrössenreduktion

VL Geodynamik & Tektonik, WS 080919.11.2008

ZusammenfassungZusammenfassungDie 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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