Petrologie und Geodynamik

Forschungsthemen

Unsere Forschungsschwerpunkte führen zum besseren Verständnis der Änderungen physikalischer Eigenschaften von Gesteinen und Materialien während der Metamorphose.
Unsere wissenschaftlichen Ansätze zur Problemlösung reichen von Untersuchungen auf der mikroskopischen Skala, über die Beziehung zwischen Deformation und Mineral-Wachstum, bis hin zu groß-skaligen Prozessen, wie z. B. Bildung, Wachstum und Schließung von Ozeanen oder Gebirgsbildung.

Unsere Forschungstätigkeiten konzentrierten sich bisher auf folgende Themen:

Tektono-metamorpher Ansatz

  • Feldstudien zur Beschreibung, Charakterisierung und Quantifizierung tektonischer Prozesse unter zwei verschiedenen Aspekten: Dehnung der kontinentalen Kruste und Bildung ozeanischer Becken, sowie Bildung von Gebirgsketten durch Konsumation der ozeanischen Lithosphäre.
  • Feldstudien sind ein wesentlicher Teil unserer Forschung. Sie erlauben petrologische Veränderungen im Gestein nach verschiedenen Stadien chemischer Veränderung, Temperatur- und Drucküberprägung zu observieren, zu beschreiben, zu verstehen und zu quantifizieren. Diese Untersuchungen müssen durch solide analytische Laborarbeit ergänzt werden.

 

Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Gesteine

  • Modellierung von Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Gesteine unter nicht stationären Bedingungen während der metamorphen und geodynamischen Entwicklung.
  • Die Skalierung der Gesteins-Eigenschaften unter transienten Bedingungen ist wenig bekannt. Es ist daher eine der größten Herausforderungen der Geowissenschaften folgendes quantitativ zu verstehen:
    • Entwicklung eines besseren Verständnis der Bedeutung geophysikalischer Signale (Seismik, Tomographie, Gravimetrie) bezüglich der Gesteinseigenschaften
    • Skalierung der Gleichgewichts-Materialeigenschaften von atomistischer Skala bis zum globalen Maßstab
    • Einfluss von transienten Bedingungen auf die physikalischen Eigenschaften der Gesteine
  • Bestimmung von PVT-Zustandsgleichungen für Minerale unter Hochdruck-Hochtemperaturbedingungen mit in-situ Synchrotron-Experimenten

 

Numerische Modellierung geodynamischer Prozesse

  • Numerische Modellierung des Einflusses von Änderungen physikalischer Eigenschaften von Gesteinen auf die Dynamik der Ozeane und die Plattentektonik.
  • Subduktionsprozesse: In den vergangenen Jahrzehnten wurden vor allem die Eigenschaften von Geomaterialien unter Gleichgewichtsbedingungen untersucht. Dabei werden Prozesse, wie Dehydratisierungs-Reaktionen und kinetisch beeinflusste Phasenumwandlungen, oder wechselnde Spannungsregime durch aktive Tektonik, welche zu einer wesentlichen Veränderung der physikalischen Gesteins-Eigenschaften mit komplexer Rückkopplung zu Tektonik und Geodynamik führen, kaum berücksichtigt. Solche Prozesse sind zum Verständnis von Erdbeben, die in unterschiedlichen Tiefen ausgelöst werden, von großer Bedeutung.
    Während der Metamorphose setzen Dehydratisierungs-Reaktionen in der abtauchenden Platte Fluide frei. Mit thermodynamischer Modellierung untersuchen wir solche Reaktionen und deren Mechanismen in einem dynamischen System bezüglich der Subduktions-Prozesse (Lokalisierung von Erdbeben, Auswirkungen auf die Rheologie des Mantelkeils). Die Menge der freigesetzten Fluide wird durch dynamische Modellierung quantifiziert.
  • Hochplateaubildung: Die Wechselwirkung zwischen Denudationsbedingungen und Rheologie der Lithosphäre ist relativ gut bekannt. Sie ist über Erosionsraten und damit verbundene Prozesse (Klima, Tektonik) gut dokumentiert. Der Einfluss der in größeren Tiefen ablaufenden Prozesse auf die Oberfläche wurde bisher kaum berücksichtigt. Wir haben ein Modell entwickelt, welches den Beitrag der Mantel-Kruste-Interaktionen bei der Bildung von Hochplateaus in verschiedenen geodynamischen Konstellationen (z.B., Ostafrika und Anatolien) berücksichtigt. Zur Quantifizierung werden bei der thermo-mechanischen Modellierung verschiedene geodynamische Bedingungen und Hebungsszenarien angenommen.