Duktile Gesteinsdeformation durch zeitabhängige Kataklase

Abstract

In Gesteinen, die bei schwach- bis mittelgradiger Metamorphose deformiert wurden, sind Mikrostrukturen, wie z.B. undulöse Auslöschung, Subkörner und kristallographische Regelungen, typisch. Sie werden i.a. als das Resultat eines kristallplastischen Deformationsprozesses interpretiert. Das häufige Auftreten dieser Strukturen führte zu der Annahme, daß kristallplastische Deformationsprozesse zu den dominierenden duktilen Deformationsmechanismen während der Erdkrustendeformation gehören.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Experimenten, bei denen die zeitabhängige kata-klastische Deformation polykristalliner, kompaktierter Aggregatproben des sehr gut löslichen, elastisch/spröden Salzes Natriumchlorat (NaClO3) untersucht wurde. Dieses Salz wurde als Analogmaterial gesteinsbildender Minerale wie Quarz und Feldspat ausgewählt. Es wurde nun untersucht, ob und in welcher Weise spröde Deformationsmechanismen in Anwesenheit von Wasser scheinbar kristall-plastische Mikrostrukturen hervorrufen können.Aus den Versuchen ergibt sich nun die Folgerung, daß scheinbar kristallplastisch erzeugte Mikrostrukturen wie Subkörner auch durch spröde zeitunabhängige Risse und subkritische (langsame) Kataklase entstehen können. Diese Erkenntnisse sind wichtig für das rheologische Verhalten der Erdkruste und somit auch für Modellierungen der Erdkrustendeformation. Ihre Betrachtung und Übertragung auf die Deformationsstrukturen der natürlich deformierten kontinentalen, oberkrustalen Gesteine der Erde würde die Interpretation der Mikrostrukturen in diesen Bereichen stark ändern. Dies hätte eine wesentliche Änderung auf den Verlauf der Gesteinsfestigkeitskurven in den Spannungsprofilen der Erdoberkruste zur Folge.

Rocks that were deformed under low- to medium-grade metamorphic conditions are characterized by microstructures, such as undulous extinction, subgrains and preferred crystallographic orientation. These structures are generally interpreted as the result of crystal-plastic deformation processes. Due to common occurrence of microstructures crystal-plastic deformation processes are thought to be dominant ductile deformation mechanisms during crustal deformation.This study discusses experiments on time-dependent cataclastic deformation of polycrystalline compact aggregate samples of easily soluble elastic-brittle sodium chlorate (NaClO3) salt, an analogue material to rock forming minerals, e. g. quartz and feldspar. The objective of the experiments was to determine if and under which conditions apparent crystal-plastic microstructures could result from brittle deformation mechanisms in presence of water.In order to evaluate the influence of fluids on deformation and resulting microstructures different experimental setups were realized: (i) triaxial, (ii) in-situ deformation, and (iii) in-situ indentation experiments. Boundary conditions (pressure, temperature and deformation rate) were chosen to allow pressure solution and precipitation.The experiments have shown that crystal-plastically-derived microstructures such as subgrains can also result from time-independent brittle fracturing and subcritical (slow) cataclasis. These observations are critical for our understanding of the rheological behaviour of the crust and, consequently, for modelling of crustal deformation.