Der Effekt von Spannungs- und Verformungsinduzierter Texturentwicklung und Korngrenzmobilität auf das Reaktionssaumwachstum im System MgO-SiO2 in Anwesenheit von Wasser

• Antragsteller: Dr. Erik Rybacki
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 22341081

Zum Verständnis statischer und dynamischer Prozesse in der tiefen Erdkruste und im Mantel wurden in den vergangenen Jahren vorzugsweise Untersuchungen zu diffusionskontrollierten Mineralreaktionen und zu Hochtemperatur-Kriecheigenschaften in gut definierten Systemen durchgeführt. Dabei wurde insbesondere der Einfluss von Wasser auf die Deformations- und Reaktionsraten untersucht, aber nur wenige Studien befassten sich mit der Wechselwirkung zwischen Reaktionskinetik und Deformation. Hier wird eine experimentelle Studie vorgeschlagen, die den Effekt von Spannung und inelastischer Verformung auf den Reaktionsfortschritt im nassen` System MgO-SiO2 untersucht. Dazu soll das Wachstum von Enstatitsäumen zwischen Forsterit und Quarz und das Wachstum von Forsterit-Enstatit Doppelsäumen zwischen Periklas und Quarz mit Hilfe einer Gas-Deformationsapparatur (Paterson-Typ) unter wassergesättigten Bedingungen bestimmt werden. Die vorgeschlagenen Experimente sollen bei Umgebungsdrücken von <400 MPa und Temperaturen bis zu 1200°C erfolgen, was zur Bildung feinkörniger Reaktionssäume führt. Eine zusätzlich angelegte Druckspannung unter- und oberhalb der Fließgrenze soll zu einer spannungsinduzierten Modifikation der Mikrostruktur bzw. zu Korngrenzdiffusionskriechen in der Produktphase während des Wachstums führen. Da das Saumwachstum durch Korngrenzdiffusion kontrolliert ist, wirkt sich eine Änderung der Mikrostruktur bei nicht-hydrostatischen Druckbedingungen direkt auf die Reaktionskinetik aus. Zudem kann Wasserüberschuss lokal beschleunigtes Saumwachstum sowie Lösungs- TP 4: Erik Rybacki (GFZ) - Stress induced texture evolution and grain boundary mobility - page 3 of 6 Fällungskriechen durch miteinander verbundene fluid-gefüllte Poren ermöglichen. Hochauflösende REM, EBSD und TEM Analysen sollen Aufschluss über den Defekthaushalt und die damit verbundene Mikrostruktur- und Texturentwicklung geben, sowie deren Abhängigkeit vom Spannungs- und Verformungsbetrag und von der Zeit. Ausgehend von den Ergebnissen aus früheren Projekten bezüglich des Effekts von Wasser auf das Enstatit-Saumwachstum und das Forsterit-Enstatit Doppelsaumwachstum bei isostatischem Druck, sowie des Effekts von Differentialspannungen auf das Spinell- und Dolomit-Wachstum unter trockenen Bedingungen, beabsichtigen wir, die Reaktionskinetik im wassergesättigten System MgO-SiO2 unter deviatorischer Belastung zu untersuchen. Diese Randbedingungen zum Saumwachstum sollten in den meisten Fällen den geologischen in-situ Bedingungen entsprechen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 741: Nanoscale Processes and Geomaterials Properties
• Beteiligte Person: Professor Dr. Georg Dresen