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dc.contributor.advisor Christensen, Ulrich Prof. Dr. de
dc.contributor.author Auth, Christian de
dc.date.accessioned 2002-01-22T15:28:54Z de
dc.date.accessioned 2013-01-18T13:36:34Z de
dc.date.available 2013-01-30T23:51:09Z de
dc.date.issued 2002-01-22 de
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B41D-A de
dc.description.abstract Diese Arbeit untersucht ein neues Model zur Verbesserung von platten-ähnlichem Verhalten der Lithosphäre in zweidimensionalen Simulationen zur Mantelkonvektion. Zufriedenstellendes platten-ähnliches Verhalten beinhaltet lokalisierte Spreiz- und Subduktions-Zonen, einheitliche Oberflächengeschwindigkeit und unsymmetrisches Abtauchen des Oberflächenmaterials. Das neue Model kombiniert die üblichen hydrodynamischen Gleichungen mit einer Viskosität, die von der Temperatur, der Tiefe und einem zusätzlichen ?Schadens? ( ?Damage?) Parameter abhängt. Die zeitliche Entwicklung dieses Parameters wird durch eine neue Gleichung beschrieben, welche einen Quell-, einen Senken- und einen Advektions-Term für den Schaden beinhaltet. Sie ist so konstruiert, dass sie die Selbstfokussierung von stark beschädigten Regionen erlaubt, insbesondere in der kalten Lithosphäre. Drei verschiedene Kombinationen aus Art der Heizung, Rayleigh Zahl und Temperaturabhängigkeit der Viskosität werden untersucht: ! (a) ein von unten geheiztes Model mit ?Sluggish Lid? Konvektion (falls das Material unbeschädigt ist), (b) ein intern geheiztes Model mit Sluggish Lid Konvektion und (c) ein intern geheiztes Model mit ?Stagnant Lid? Konvektion, welches auch das erdähnlichste dieser Modelle ist. Das konvektive Verhalten in allen Simulationen kann in drei Regime eingeteilt werden: 1. Das ?Low Damage Regime? (LDR) zeigt keinen signifikanten Einfluss des Schadens auf die Konvektion. 2. Im ?Variable Damage Regime? (VDR) ist der Schaden stark zeitabhängig und seine Variation ist korreliert mit Änderungen im Volumen des abtauchenden Materials. 3. Das ?Homogenious Damge Regime? (HDR) zeigt einen schwach zeitabhängigen Schadens-Parameter mittlere Größe. Systematische Parameter Studien zeigen, dass eine Erhöhung des Schadens-Quell-Terms Regime mit hohen Schadenswerten, wie das VDR, bevorzugt und die Unsymmetrie der Subduktion erhöht, aber die Platten schwächt und fragmentiert. Die Verringerung der Schadens-Advektion fokussiert niedrigviskose Zonen (LVZs), erlaubt ihre Selbstlubrikation und verbessert so die gleichmäßige Bewegung des Oberflächenmaterials. Ebenso fördert es allerdings auch starke zeitliche Variationen des konvektiven Regimes. Dieser zeitlichen Variationen wegen ist die gleichzeitige Etablierung von fokussierten LVZs und stabiler Konvektion im HDR nahezu unmöglich ohne eine zusätzliche Tiefenabhängigkeit der Viskosität. Die erdähnlichsten Modelle sind diejenigen mit der Parameterkombination (c) und einer tiefenabhängigen Viskosität. Diese Modelle zeigen stabile, ausgedehnte und gleichmäßig bewegte Platten (Länge ca. 8000 km) mit fokussierten Spreiz- und Subductionszonen. Obwohl die vollständig einseitige Subduktion einer Platte nicht beobachtet wird geschieht ihr Abtauchprozess oft deutlich unsymmetrisch. Abschätzungen für die Größe des Schadens, der benöt! igt würde um ein Stagnant Lid auf der Erde zu brechen, liefern jedoch ein Ergebnis, das mindestens um eine Größenordnung zu hoch ist um realistisch zu sein. Trotzdem ist das rheologische Model, das in dieser Arbeit verwendet wurde ein wichtiger Beitrag zum besseren Verständnis der physikalischen Prozesse, die für die irdische Plattentektonik relevant sind. de
dc.format.mimetype application/pdf de
dc.language.iso eng de
dc.rights.uri http://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyrdiss.htm de
dc.title Plate tectonics in computational simulations of terrestrial mantle convection with grain-size-dependent rheology de
dc.title.translated Plattentektonik in Computer-Simulationen irdischer Mantelkonvektion mit korngrössenabhängiger Rheologie de
dc.contributor.referee Christensen, Ulrich Prof. Dr. de
dc.date.examination 2001-12-20 de
dc.subject.dnb 530 Physik de
dc.description.abstracteng This thesis investigates a new model to improve plate-like behavior of the lithosphere in two-dimensional mantle convection simulations. Satisfactory plate-like behavior includes localized spreading centers and subduction zones, uniform surface velocities and asymmetric downwellings. In the new model the common hydrodynamic equations are combined with a viscosity which depends on temperature, depth and an additional damage parameter. The temporal evolution of this parameter is described by a new equation featuring source, sink and advection of damage. It is designed to allow the self-focusing of highly damaged regions especially within the cold lithosphere. Three different combinations of heating mode, Rayleigh number and temperature-dependence of viscosity are investigated: (a) A bottom heated model with sluggish lid convection (assuming no damage influence), (b) an internally heated model with sluggish lid convection and (c) an internally heated model with stagnant lid conve! ction, which is also the model most comparable the Earth. It is found that the convective behavior of all simulations can be classified into three regimes: 1. The Low Damage Regime (LDR) shows no significant influence of the damage onto convection. 2. In the Variable Damage Regime (VDR) the damage is strongly time-dependent and its variations are correlated with changes in the volume of downwelling material. 3.The Homogenious Damage Regime (HDR) shows weakly time-dependent intermediate damage values. Systematic parameter studies show that an increase of the damage source favors regimes with high damage values, like the VDR, increases the asymmetry of subduction, but weakens and fragmentate plates. A decease of damage advection focus low viscosity zones (LVZs), allows self-lubrication and thus improves the uniform motion of lithospheric material. However, it also promotes strong temporal variations in the convective pattern. Because of these temporal variations the establishment of both , focussed LVZs and stable convection in the HDR is nearly impossible without an! additional depth-dependence of viscosity. The models most comparable to Earth are those for the parameter combination (c) with depth-dependent viscosity. These models show stable, extended and uniformly moving plates (around 8000 km length) with focussed spreading centers and subduction zones. Although purely one-side subduction of a plate is not obtained the downwelling process is often significantly asymmetric. However, estimates for the damage parameters needed to break a stagnant lid on Earth are at least one order of magnitude too high to be realistic. Nevertheless, the rheological model used in these thesis is an important contribution to the ongoing search for the basic physical mechanisms responsible for Earth"s plate tectonics. de
dc.contributor.coReferee Tilgner, Andreas Prof. Dr. de
dc.subject.topic Mathematics and Computer Science de
dc.subject.ger Plattentektonik de
dc.subject.ger Mantelkonvektion de
dc.subject.ger Rheologie de
dc.subject.ger Korngröße de
dc.subject.eng plate tectonics de
dc.subject.eng mantle convection de
dc.subject.eng rheology de
dc.subject.eng grain size de
dc.subject.bk 38.36 de
dc.subject.bk 50.33 de
dc.subject.bk 33.14 de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1113-6 de
dc.identifier.purl webdoc-1113 de
dc.affiliation.institute Fakultät für Physik de
dc.identifier.ppn 346842247

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