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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-3290
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/329/

Wosnitza, Elmar Maximilian

Mountains of wax : continental collision in scaled thermomechanical analogue experiments and data analysis

Berge aus Wachs : kontinentale Kollision in skalierten, thermomechanischen Analogexperimenten und Datenanalyse

Kurzfassung in Deutsch

Thermomechanische Analogmodelle kontinentaler Kollisionen erfordern
die Simulation der ganzen Lithosphäre. Für die Skalierung
muß der thermische Ausgleich während der Deformation
erfaßt werden. Hierfür wird eine neuartige Apparatur
zur Deformation thermisch geschichteter Modelle verwendet. Die
Experimente werden durch in die Modelle eingebrachte
Meßfühler und durch Fotos und Infrarotbilder dokumentiert.
Die letzteren zeichnen die Temperaturverteilung während und nach der
Deformation auf. Die in den Experimenten verwendeten Materialien
zeigen temperaturabhängige Viskositäten,
damit das benötigte Festigkeitsrofil durch den angelegten
Temperaturgradienten erzeugt werden kann.
Die Skalierung dieses Aufbaus ist für fast alle Parameter
konsistent. Die modellierten Längen betragen etwa 150km,
die möglichen Konvergenzraten entsprechen 1-5cm/a.
Die gezeigten Modelle simulieren den oberen Erdmantel
und die Unterkruste unter Verwendung verschiedener Wachse. Die
spröde Oberkruste wird durch ein sandähnliches
Material mit dem korrekten Dichtekontrast gegenüber den Wachsen modelliert.
Durch Erweiterung älterer Techniken der Datenanalyse mit
Berücksichtigung unregelmäßig geformter Bereiche und geringer
Markerdichten können mehrere Parameter der Deformation aus den
Fotos extrahiert werden, darunter der Tensor der
Deformationsrate. Die Viskositätsverteilung wird aus dem
Temperaturfeld ermittelt. Der Deformationstensor und die
Viskosität erlauben es, das Spannungsfeld im Modell zu errechnen.
Obwohl der Hauptaspekt dieser Arbeit darin lag, die Apparatur in
Betrieb zu nehmen und Vorgehensweisen für die Experimente und die
Datenaanalyse zu entwickeln, wurden auch Experimente durchgeführt,
die einfache Szenarien der Gebrigsbildung modellieren. Eine
Geometrie mit einer großen Überschiebung stimmt gut mit
seismischen Daten aus dem Ural überein. Weitere Modelle mit einem
orogenen Keil werden mit im Himalaya bekannten Strukturen
verglichen.

Kurzfassung in Englisch

Thermomechanical analogue modelling of continental collision requires
that the whole lithosphere is simulated. To obtain correct scaling,
thermal readjustment therefore has to be taken into account during
deformation. For this purpose, a new apparatus to deform thermally
layered models is employed. The experiments are documented using
various sensors embedded in the model, as well as optical and
infra-red images. The latter records the temperature distribution
during and after deformation. The materials used in these experiments
were chosen to demonstrate temperature-dependent viscosities, to allow
the required rheological profile due to the thermal gradient applied
by the machine.
The scaling of this set-up is consistent for almost all parameters.
Modelled lengths are around 150km, which can be deformed
using convergence rates corresponding to 1-5cm/a. The
models presented simulate the upper mantle and the lower crust using
paraffin waxes. The brittle upper crust is modelled using Jet-Plast,
a sand-like material with the correct density contrast with respect to
the waxes.
Extending known data-analysis procedures to account for irregular
domains and sparse marker distributions, various strain parameters are
extracted from the optical photographs, including the strain rate
tensor. The viscosity distribution is obtained from the temperature
field and from rheological material properties. Together with the
strain-rate tensor, the viscosity allows the calculation of the stress
field in the model.
Although the main purpose of this work was to set up the apparatus and
to develop experimental working-procedures and data analysis, first
experiments modelled simple orogenic scenarios. A modelled megathrust
geometry corresponds well to seismic data from the Urals. Further models
including an orogenic wedge are compared with Structures known from
the Himalayas.