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Strain localization in a calcite marble and its isotopic and mechanical impact

Rogowitz, Anna (2015) Strain localization in a calcite marble and its isotopic and mechanical impact.
Dissertation, University of Vienna. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Grasemann, Bernhard

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29543.97098.822170-6
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Abstract in English

In this Ph.D. thesis, observations from an almost pure calcite marble layer deformed at lower greenschist facies conditions from Syros Island (Cyclades, Greece) are presented. The presence of a crack that rotated during shear resulted in the formation of a shear zone with a strain gradient from the slightly deformed tips to the highly strained centre. During shear zone development, strain gradients coincide with strain-rate gradients. The studied outcrop thus represents the final state of a natural experiment and gives us a great opportunity to get natural constraints on strain rate dependent mechanical and isotopic behaviour in a calcite marble. We performed microstructural, chemical and isotopic analysis on samples from the highly strained shear zone and the host rock and observed that the calcite microfabric varies depending on position within the shear zone, indicating activation of different deformation and recrystallization mechanisms at different strain rates. Chemical analysis performed on calcite and white mica result in identical chemical compositions of host rock and shear zone marbles indicating that strain localization has no effect on the chemical composition. Step-heated 40Ar/39Ar geochronology was performed on white mica from host rock and shear zone resulting in indistinguishable ages of ca. 40 Ma indicating that neither mechanical nor chemical processes caused resetting of the K/Ar systems. The observed grain size evolution has been plotted in a differential stress-strain rate deformation mechanism map for calcite at 300 °C showing that strain rates vary in a range between 10-13 to 10-9 s-1. The consistency of experimentally determined equations is tested with parameters derived from the investigated samples, which deformed under natural conditions, closing the gap between experimental and natural geological strain rates.

Schlagwörter in Englisch

calcite / marble / deformation mechansims / recrystallization mechanisms / strain localization / strain partitioning / geochronology

Abstract in German

In dieser Arbeit werden Beobachtungen von einem, unter grünschieferfaziellen Bedingungen, deformierten reinem Kalzit-Marmor von Syros (Kykladen, Griechenland) vorgestellt. Durch die Rotation eines Risses unter Scherung entstand eine Scherzone die einen Deformationsgradienten von den gering deformierten enden zum stark deformierten Zentrum aufweist. Während der Entstehung der Scherzone, stimmt der Deformationsgradient mit einem Gradienten in der Verformungsrate überein. Der untersuchte Aufschluss repräsentiert somit das Ergebnis eines natürlichen Experiments und gibt uns die Möglichkeit, das Verformungsraten abhängige Deformationsverhalten von Kalzit-Marmor, unter natürlichen Bedingungen zu studieren. Detaillierte mikrostruktur, chemische und Isotopen Analysen wurden an Proben aus der stark deformierten Scherzone sowie dem Host Rock durchgeführt. Die Analysen zeigen dass die Mikrostruktur abhängig von der Lage innerhalb der Scherzone variiert. Dies deutet darauf hin, dass unterschiedliche Deformations- und Rekristallisations-Mechanismen bei unterschiedlichen Verformungsraten aktiv sind. Chemische Analysen ergeben identische Zusammensetzungen für den Host Rock und die Scherzone was darauf hindeutet das die Lokalisierung von Deformation keinerlei Auswirkungen auf die chemische Zusammensetzung hatte. Step-heated 40Ar/39Ar Geochronologie an hellglimmern aus dem Host Rock und der Scherzone resultiert in ununterscheidbaren Altern von ca. 40 Ma. Die Erhaltung des älteren eozänen Alters deutet darauf hin, dass weder chemische noch mechanische Prozesse das K/Ar System beeinflusst haben. Die beobachtete Korngrößen Evolution wurde in ein stress-strain rate deformations Mechanismus map für Kalzit bei 300 °C eingetragen und zeigt dass die verformungsraten in einem Bereich zwischen 10-13 und 10-9 s-1 liegen. Die untersuchten Proben erlaubten uns die Beständigkeit von experimentellen Kalibrierungen zu testen.

Schlagwörter in Deutsch

Kalzit / Marmor / Deformationsmechanismen / Rekristallisationsmechanismen / Deformationslokalisierung / Geochronologie

Item Type: Hochschulschrift (Dissertation)
Author: Rogowitz, Anna
Title: Strain localization in a calcite marble and its isotopic and mechanical impact
Subtitle: insights from a natural experiment at varying geological strain rates (Syros, Greece)
Umfangsangabe: 126 S. : Ill., graph. Darst., Kt.
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Erdwissenschaften)
Publication year: 2015
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Grasemann, Bernhard
Assessor: Pennacchioni, Giorgio
2. Assessor: Stüwe, Kurt
Classification: 38 Geowissenschaften > 38.27 Metamorphe Gesteine
38 Geowissenschaften > 38.17 Geochronologie
38 Geowissenschaften > 38.35 Endogene Geologie: Allgemeines
38 Geowissenschaften > 38.59 Geologie: Sonstiges
AC Number: AC12665829
Item ID: 37488
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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