Labore
Der Lehrstuhl für Allgemeine Geophysik verfügt über eine umfangreiche und moderne Ausstattung an Laborgeräten, die in Forschung, Lehre und Drittmitteleinwerbung eingesetzt wird.
Die physikalische Analogmodellierung ist eine Methode zur Simulation großräumiger geologischer Systeme, um deren kinematische Entwicklung in einer annehmbaren Raum- und Zeitskala zu untersuchen.
Das Prinzip der Analogmodellierung beruht auf der Ähnlichkeitstheorie wonach Vorgänge und Strukturen aus dem Modell auf das natürliche Äquivalent übertragen werden können, wenn Geometrien, Geschwindigkeiten, Spannungen und Materialeigenschaften in geeigneter Weise zur Natur skaliert sind.
Als Materialien stehen im Analoglabor verschiedenste Granulate (z.B. Quarzsand, Glaskügelchen, Silikathohlkügelchen), kohäsive Pulver (z.B. Quarzpulver, Glaspulver, Ton) sowie viskose Silikonöle zur Verfügungen, deren physikalische Eigenschaften mit geeigneten Messgeräten (Ringschertester, Rheometer) bestimmt werden. Zur Analyse der experimentellen Deformationsstrukturen werden nichtinvasive Aufnahme- und Auswertemethoden (Particle Image Velocimetry, optischer 3D Scanner) genutzt, die die Strukturen und Bewegungsvorgänge im erstellten Modell quantitativ erfassen.
Ausstattung:
RingschergerätRST-XS (Dietmar Schulze GmbH)
- Bestimmung spröder Eigenschaften von granularen Materialien: interner Reibungswinkel, Kohäsion, Kompressibilität
Abb.1: Ringschertester RST-XS inklusive Scherzelle und eingesiebtem Material
Foto: IGW
Abb.2: a: REM-Aufnahmen beispielhafter Analogmaterialien. b. Messkurven der Ringschermessung für die jeweiligen Materialien.
Foto: IGWRheometer Brookfield R/S3-CPS-P1
- Bestimmung visko-elastischer Materialparameter: temperatur- und spannungsabhängige Viskosität, Thixotropie
Optischer3D-Scanner system (RSI-GmbH Mephisto)
- Optischer Streifenlichtscanner zur Digitalisierung der Modelloberfläche und Visualisierung der Topografie
- Umfasst einen Beamer (OptomaEW536(C0E)), eine Firewire 800 HDTV Kamera (AVT - Pike F210B) und Mephisto EX software
Abb.3: Optischer 3D-Scanner zur Bestimmung der Oberflächengeometrie in einem Analogexperiment
Foto: nach Willen, 2014Particle Image Velocimetry System (PIV)
- Aufnahme und Analyse von 2D-Bewegungsdaten mittels digitaler Spiegelreflexkamera und OpenPIV software
Abb.4: a: Seitliche Aufnahme eines Analogexperiments zur Untersuchung von Akkretionskeilen. b: Geschwindigkeitsvektoren analysiert mit OpenPIV
Foto: nach Schultz, 2015Permeabilitätsmesser
- Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Granulaten mittels Volumenstromregler und Drucksensoren
Abb.5 Messapparatur zur Bestimmung der Permeabilität von granularen Materialien.
Foto: IGWAktuelle Projekte
Entwicklung von Kollisions- und Subduktionszonen
Ein Schwerpunkt der Analogmodellierung des Lehrstuhls für Allgemeine Geophysik sind kompressive Systeme in der spröden Oberkruste, d.h. Akkretionskeile und Falten- und Überschiebungsgürtel, die sich an Subduktions- und Kollisionszonen bilden. Es wurden bereits Qualifikationsarbeiten zu diesem ThemenkomplexExterner Link angefertigt.
Nicht-tektonische Deformation von Sedimenten angetrieben durch Porenfluiddruck
In diesem Projekt werden Deformationsstrukturen untersucht, die sich durch Porenfluidüberdrücke in unverfestigten Sedimenten bilden. In diesen nicht-tektonischen Modellenströmt Druckluft in granulare Analogmaterialien ein, wodurch mechanische Fluid-Gesteins-Interaktionen nachgebildet werden, die häufig in Sedimentbecken stattfinden (Informationen zum BGR-Projekt finden sich hierExterner Link).
Projekte für Studierende sowie Schülerprojekte
Neben wissenschaftlichen Projekten bietet das Analoglabor die Möglichkeit für Schülerinnen und Schülersowie Studierende Experimente im Rahmen einer Seminarfacharbeit mit einer kooperierenden Schule bzw. von Lehrveranstaltungen sowie Bachelor- und Masterarbeiten.