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Strain-dependent microfabric evolution of experimentally deformed synthetic eclogites
Philipp Christos Julian Thospann
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Erdwissenschaften
Betreuer*in
Bernhard Grasemann
DOI
10.25365/thesis.74512
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-22810.05683.367445-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Deformierte Eklogite bestehen häufig aus vernetzten Omphazitschichten und eingelagerten elongierten Granatclustern. Die Entwicklung solcher Gefüge ist in der Regel mit Strain-Lokalisierung und rheologischer Abschwächung verbunden. Um Einblicke in die Entwicklung dieser Gefüge in Eklogiten zu verschaffen, wurde die Strain-Abhängigkeit von Deformationsmechanismen und Mikrogefügen in Omphazit-Granat-Aggregaten experimentell untersucht. Eklogite wurden durch Heißpressen von Omphazit-Granat-Pulvern (mit einem Volumenanteil von 25% Granat) in einer Kolben-Zylinder-Presse bei 3 GPa und 1100 °C für 24 Stunden synthetisiert. Diese synthetischen Eklogite wurden dann in einem Griggs-Typ-Deformationsapparat bei 2.5 GPa, 900 °C und einer Strainrate von 6.4·10-6 s-1 axial um etwa 4.7%, 7% und 42% verkürzt. Die Experimente mit geringer bzw. mäßiger Deformation dokumentierten Mikrostrukturen, die sich in der Nähe des Yield-Punktes bzw. des Punktes maximaler Druckfestigkeit des Materials entwickelten. Die deformierten Proben wurden mittels Kombination von Röntgenmikrotomographie, optischer Mikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie analysiert, um die dominierenden Deformationsmechanismen bei unterschiedlichen Strain-Graden zu identifizieren und sie mit den Mikrogefügen in Verbindung zu bringen. Ähnlich wie bei natürlich deformierten Eklogiten wurde in den experimentellen Proben eine Strain-Partitionierung beobachtet, in welcher die Omphazit-Matrix den Großteil der Deformation aufnahm, während sich die Granatkörner im Wesentlichen wie starre Körper verhielten. Die Spannung konzentrierte sich auf schmale, omphazitreiche Zonen zwischen den Granatclustern und an den Granat-Granat-Kontakten, was die Lokalisierung von Strain förderte. Bei geringer bis mäßiger Deformation weist der Omphazit eine schwache Formvorzugsorientierung der Körner auf und der Granat neigt dazu, die Clusterbildung zu initiieren. Bei der stark deformierten Probe bildete sich eine voll entwickelte S-Typ-Foliation, wobei sowohl elongierte Omphazitkristallen als auch Granatcluster eine ausgeprägte Formvorzugsorientierung aufweisen. Die Entwicklung der Foliation separierte die Granatcluster in deutlichen Schichten senkrecht zur maximalen Druckspannung, was zu einer Abnahme der dreidimensionalen Vernetzbarkeit des Granats führte. Eine Verringerung der Korngröße und eine Zunahme der Dichte von Kleinwinkel-Korngrenzen mit zunehmender Deformation deuten auf eine Kristallplastizität von Omphazit durch Dislokationskriechen hin. Die ausgedünnten, elongierten Granatcluster sind auf Kataklase zurückzuführen, die sich durch spröde Deformation in Form von Mikrorissen erkennen lässt. Anzeichen für eine geringfügige Kristallplastizität von Granat treten lokal in der Nähe von gebrochenen Granat-Granat-Kontakten auf, wo hohe differentielle Spannungen lokalisierten, was zu einer erhöhten Missorientierung führte.
Abstract
(Englisch)
Deformed eclogites often reveal interconnected layers of omphacite and intercalated elongated garnet clusters. The evolution of such fabrics is usually associated with strain localization and rheological weakening. To provide insights on the development of these fabrics in eclogite, the strain-dependence of deformation mechanisms and microfabrics in omphacite-garnet aggregates was experimentally investigated. Eclogites were synthesized by hot-pressing omphacite-garnet powders (with a volume fraction of 25% garnet) in a piston-cylinder press at 3 GPa and 1100° C for 24 h. These synthetic eclogites were then axially shortened by approximately 4.7%, 7%, and 42% in a Griggs-type deformation apparatus at 2.5 GPa, 900° C, and a strain rate of 6.4·10-6 s-1. The low- and moderate-strain experiments documented microstructures developing near the material’s yield point and the point of maximum compressive strength, respectively. The recovered samples were analyzed by combining x-ray microtomography, optical microscopy and scanning electron microscopy to identify the dominant deformation mechanisms at varying degrees of strain and link them to the microfabrics. Similar to naturally deformed eclogites, strain partitioning was observed in the experimental samples, where the omphacite matrix accommodated most of the strain while garnet grains essentially behaved like rigid bodies. Stress concentrated at narrow omphacite-rich zones situated in between garnet clusters and at garnet-garnet contacts, promoting strain localization. At low to moderate strains, omphacite exhibits a weak shape preferred orientation and garnet tends to initialize cluster formation. The highly strained sample displays a fully developed S-type foliation, with elongated omphacite crystals and garnet clusters both exhibiting a pronounced shape preferred orientation. Foliation development segregated garnet clusters into distinct layers perpendicular to the maximum compressive stress, resulting in a decrease in garnet’s three-dimensional interconnectivity. A reduction in grain size and an increase in density of low-angle grain boundaries with increasing strain indicates crystal-plastic deformation of omphacite by dislocation creep. The thinned out, elongated garnet clusters are due to cataclasis, as indicated by brittle deformation in the form of micro-cracking. Evidence for minor crystal-plastic deformation of garnet occurs locally in the vicinity of fractured garnet-garnet contacts, where high differential stresses localized, resulting in increased misorientation.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Eklogit Omphazit Granat Deformationsexperimente Deformationsmechanismen Kristallplastische Deformation Spröde Deformation Mikrostrukturen Mikrogefüge Granat Vernetzbarkeit
Schlagwörter
(Englisch)
Eclogite Omphacite Garnet Deformation experiments Deformation Mechanisms Crystal-plastic deformation Brittle deformation Microstructures Microfabric Garnet Interconnectivity
Autor*innen
Philipp Christos Julian Thospann
Haupttitel (Englisch)
Strain-dependent microfabric evolution of experimentally deformed synthetic eclogites
Paralleltitel (Deutsch)
Strain-abhängige Evolution des Mikro-Gefüges von experimentell deformierten Eklogiten
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
52, vii Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Bernhard Grasemann
AC Nummer
AC16972797
Utheses ID
68757
Studienkennzahl
UA | 066 | 815 | |