Temperature, pressure and water content dependence of dislocation mobility in olivine

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Wang, Lin:
Temperature, pressure and water content dependence of dislocation mobility in olivine.
Bayreuth , 2018 . - 166 S.
( Dissertation, 2018 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

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Abstract

This thesis is a comprehensive study of dislocation in natural olivine. Since olivine is the most abundant and weakest mineral in the Earth’s upper mantle, it is believed that the upper mantle dynamics are controlled by the rheological properties of olivine. Dislocation creep is considered as the most important mechanism for olivine creep at the upper mantle for the following reasons. First, a large amount of strain is accommodated by dislocation creep, and therefore the viscosity of the upper mantle is determined by dislocation creep to a large extent. Second, olivine fabrics, which can reflect mantle flow geometry, are due to dislocation creep. Previous deformation and diffusion experiments gave some information on olivine dislocation creep. However, both of them have limitations. On one hand, the high strain rates in deformation experiments make the application of results from these experiments to natural conditions doubtable. On the other hand, the link between diffusion and dislocation creep is rather indirect. The application of results from diffusion experiments to natural conditions has to be based on certain creep models. In this project, dislocation recovery method was used to study the dislocation motions in natural olivine and investigate upper mantle rheology. In addition, transmission electron microscopy (TEM) was used to make observations to check whether [100](001) slip system exists at hydrous conditions or not.

Abstract in weiterer Sprache

Diese Doktorarbeit ist eine umfangreiche Studie über Versetzungen in natürlichem Olivin. Da Olivin das am häufigsten vorkommende und gleichzeitig mechanisch schwächste Mineral im oberen Erdmantel ist, wird angenommen, dass die rheologischen Eigenschaften von Olivin die Dynamik des oberen Erdmantels kontrollieren. Als wichtigster Mechanismus für Kriechen von Olivin im oberen Mantel wird das Versetzungskriechen angesehen. Die Gründe dafür sind erstens die Aufnahme eines hohen Anteils von Verformung durch Versetzungskriechen, sodass die Viskosität des oberen Mantels weitgehend durch Versetzungskriechen bestimmt wird. Zweitens werden Olivin-Texturen, welche Fließmuster im Mantel widerspiegeln können, durch Versetzungskriechen verursacht. Vorhergehende Verformungs- und Diffusionsexperimente gaben Aufschluss über das Versetzungskriechen von Olivin, haben jedoch Einschränkungen. Zum einen ist die Anwendung von Ergebnissen, die in Verformungsexperimenten unter hohen Verformungsraten ermittelt worden sind, auf natürliche Bedingungen zweifelhaft, zum anderen ist der Zusammenhang zwischen Diffusion und Versetzungskriechen nur indirekt. Die Anwendung der Ergebnisse aus Diffusionsexperimenten auf natürliche Bedingungen muss auf spezifischen Kriechmodellen basieren. In diesem Projekt wurde hauptsächlich eine Methode genutzt, bei der die Erholung von Versetzungen verursacht wird (Versetzungs-Erholungs-Methode), um die Versetzungsbewegungen in natürlichem Olivin zu analysieren und dadurch die Rheologie des oberen Mantels zu untersuchen.
Des Weiteren wurde mithilfe von transmissionselektronenmikroskopischen (TEM) Untersuchungen geprüft, ob das [100](001) Gleitsystem bei wasserhaltigen Bedingungen existiert.