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Schnittzeichnung durch die Deformationsapparatur

Zeichnung: Grujic/Wosnitza. 1) Linearantrieb - Kompressionskolben, 2) Linearpotentiometer - Versatzmeßfühler, 3) Teflonbeschichtete Druckplatten (5 mm Beschichtung; zur Reduzierung der Reibungskräfte), 4) Führungsschienen aus rostfreiem Stahl, 5) Kraft-Meßfühler (0-5000 N), 6) Glasgehäuse, 7) Wärmeisolierung, 8)Temperaturfühler, 9) Ventilator, 10) Wärmetauscher, 11) Gleichstrommotoren (insgesamt 2 Stück), 12) Getriebe (insgesamt 2 Stück), 13) Antriebswelle, 14) Kettenantriebe Elmar Wosnitza's Homepage der Apparatur

Wosnitza, E., Grujic, D., Hofmann, R. & Behrmann, J. (in press): A new apparatus for thermomechanical modelling. GSA Special Volume.

Animation starten (695x381 Pixel, 1Mb)

Beschreibung des Experimentes In der Animation wird die Verformung des Temperaturfelds sichtbar gemacht. Die Aufnahmen enstanden mit einer Infrarotkamera während der Verformung des Wachsmodells. In der Abbildung ist der Endzustand des Experiments dargestellt. Das Wachsmodell besteht aus zwei Schichten. Die untere Hälfte hat einen höheren Schmelzpunkt als die obere Schicht, analog zu den zwei Schichten der kontinentalen Erdkruste. Zusätzlich zur Schichtung wird auch eine Trennfläche vorgegeben, die sich im Experiment wie eine geologische Störung verhalten soll. Sie befindet sich in der Mitte des Wachsmodells und fällt mit 30° nach rechts ein.

Endzustand des Experiments

Die Temperaturverteilung im Modellraum kann mit Hilfe von zwei computergesteuerten Thermostaten sehr genau geregelt werden. Der Boden des Modells wird bis auf 53° C (± 0.1 °C) aufgeheizt. Die Oberfläche wird auf 24° ( ± 0.1 °C) C gehalten. Dadurch ensteht im Modellraum ein Temperaturunterschied, ein sogenannter Temperaturgradient. Die Veränderung des Temperaturfeldes wird mit einer Infrarotkamera sichtbar gemacht, eine neue Methode, die für diese Experimente entwickelt wurde. Zur Stabilisierung der Temperatur ist ein etwa 10-stündiges Vorheizen notwendig.

Userinterface zur Modellsteuerung Aufbau des Experiments im Labor

Wenn dieses thermische Gleichgewicht erreicht ist, beginnt das Experiment mit der Verkürzung des Modells: Zwei computergesteuerte Platten werden von den Seiten in den Modellraum geschoben. Durch diesen Zusammenschub wird der Modellraum verkleinert und die Störung (äquivalent zur Hauptstörung in einem Orogen) wird aktiviert. Entlang der Störung kommt es zu einer Überschiebung: Die linke Hälfte der oberen Wachsschicht bewegt sich nach rechts über die rechte Hälfte der oberen Wachsschicht. Diese Bewegung verursacht Perturbationen in Temperaturfeld. Die Isothermen, d.h. Linien mit gleicher Temperatur (hier Farbstufen), die ursprünglich horizontal verliefen, werden gebogen. Die Einengungsstrukturen, die hier im Modell enstandenen sind, kennen Geologen auch aus der Natur. Auch die Muster der Temperaturverteilung kann mit denen, die während einer Gebirgsbildung enstanden sind, verglichen werden. In der Natur verrät das Vorkommen bestimmter Mineralien die thermischen Verhältnisse die vor vielen Millionen Jahren bei der Verformung der Erdkruste geherrscht haben. Natur und Modell unterscheiden sich in den Größenordnungen.