@phdthesis{Helpa2015,
  author    = {Helpa, Vanessa},
  title     = {Interplay between mineral reaction and deformation via structural defects},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-90332},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {x, 104},
  year      = {2015},
  abstract  = {This thesis contains three experimental studies addressing the interplay between deformation and the mineral reaction between natural calcite and magnesite. The solid-solid mineral reaction between the two carbonates causes the formation of a magnesio-calcite precursor layer and a dolomite reaction rim in every experiment at isostatic annealing and deformation conditions. CHAPTER 1 briefly introduces general aspects concerning mineral reactions in nature and diffusion pathways for mass transport. Moreover, results of previous laboratory studies on the influence of deformation on mineral reactions are summarized. In addition, the main goals of this study are pointed out. In CHAPTER 2, the reaction between calcite and magnesite single crystals is examined at isostatic annealing conditions. Time series performed at a fixed temperature revealed a diffusion-controlled dolomite rim growth. Two microstructural domains could be identified characterized by palisade-shaped dolomite grains growing into the magnesite and granular dolomite growing towards calcite. A model was provided for the dolomite rim growth based on the counter-diffusion of CaO and MgO. All reaction products exhibited a characteristic crystallographic relationship with respect to the calcite reactant. Moreover, kinetic parameters of the mineral reaction were determined out of a temperature series at a fixed time. The main goal of the isostatic test series was to gain information about the microstructure evolution, kinetic parameters, chemical composition and texture development of the reaction products. The results were used as a reference to quantify the influence of deformation on the mineral reaction. CHAPTER 3 deals with the influence of non-isostatic deformation on dolomite and magnesio-calcite layer production between calcite and magnesite single crystals. Deformation was achieved by triaxial compression and by torsion. Triaxial compression up to 38 MPa axial stress at a fixed time showed no significant influence of stress and strain on dolomite formation. Time series conducted at a fixed stress yield no change in growth rates for dolomite and magnesio-calcite at low strains. Slightly larger magnesio-calcite growth rates were observed at strains above >0.1. High strains at similar stresses were caused by the activation of additional glide systems in the calcite single crystal and more mobile dislocations in the magnesio-calcite grains, providing fast diffusion pathways. In torsion experiments a gradual decrease in dolomite and magnesio-calcite layer thickness was observed at a critical shear strain. During deformation, crystallographic orientations of reaction products rearranged with respect to the external framework. A direct effect of the mineral reaction on deformation could not be recognized due to the relatively small reaction product widths. In CHAPTER 4, the influence of starting material microfabrics and the presence of water on the reaction kinetics was evaluated. In these experimental series polycrystalline material was in contact with single crystals or two polycrystalline materials were used as reactants. Isostatic annealing resulted in different dolomite and magnesio-calcite layer thicknesses, depending on starting material microfabrics. The reaction progress at the magnesite interface was faster with smaller magnesite grain size, because grain boundaries provided fast pathways for diffusion and multiple nucleation sites for dolomite formation. Deformation by triaxial compression and torsion yield lower dolomite rim thicknesses compared to annealed samples for the same time. This was caused by grain coarsening of polycrystalline magnesite during deformation. In contrast, magnesio-calcite layers tended to be larger during deformation, which triggered enhanced diffusion along grain boundaries. The presence of excess water had no significant influence on the reaction kinetics, at least if the reactants were single crystals. In CHAPTER 5 general conclusions about the interplay between deformation and the mineral reaction in the carbonate system are presented. Finally, CHAPTER 6 highlights possible future work in the carbonate system based on the results of this study.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{John2003,
  author    = {John, C{\´e}dric Micha{\"e}l},
  title     = {Miocene climate as recorded on slope carbonates : examples from Malta (Central Mediterranean) and Northeastern Australia (Marion Plateau, ODP LEG 194)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000820},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2003},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden die Hangkarbonate von zwei mioz{\"a}nen heterozoischen Karbonatsystemen n{\"a}her untersucht: die Malta Inselgruppe (zentrales Mittelmeer) und das Marion Plateau (Nordost Australien, ODP Leg 194). Die Auswirkungen der mittelmioz{\"a}nen Abk{\"u}hlung (Mi3), die auf 13.6 Ma datiert wird und starken Einfluß auf die Sauerstoffisotopenkurve hatte, in den oben genannten Flachwassersystemen stellten das Ziel dieser Arbeit dar. Dieses Abk{\"u}hlungsereignis beeinflußte außerdem sehr stark die ozeanographischen und klimatischen Muster, die im weiteren Verlauf zum modernen Eishausklima f{\"u}hrten. So steht insbesondere die Vereisung von Ostantarktika mit diesem Ereignis in Verbindung. Diese Arbeit untersucht den Einfluß dieses Ereignisses auf Flachwassersysteme, um vorliegende Untersuchungen in Tiefwassersystemen zu erg{\"a}nzen und so zum globalen Verst{\"a}ndnis des mioz{\"a}nen Klimawechsels beizutragen. Die Profile auf der Maltainselgruppe wurden mit Hilfe von Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopen Auswertungen im Gesamtgestein, Gesamtgesteinmineralogie, Tonmineralanalyse und organischer Geochemie untersucht. Durch einen Wechsel von karbonatischeren zu tonigeren Sedimenten beeinflußte das mittelmioz{\"a}ne Abk{\"u}hlungsereignis die Sedimentation in diesem Gebiet sehr stark. Weiterhin wurde beobachtet, daß jede Phase der antarktischen Vereisung, nicht nur das mittelmioz{\"a}ne Hauptereignis, zu einem erh{\"o}hten terrigenen Eintrag in den Hangsedimenten der Maltainselgruppe f{\"u}hrte. Akkumulationsraten zeigen, daß dieser erh{\"o}hte terrigene Eintrag den einzelnen Vereisungsperioden zusammenh{\"a}ngt und die karbonatischen Sedimente durch tonreiche Sedimente \“verunreinigt\” wurden. Das daraufhin entwickelte Modell erkl{\"a}rt diesen erh{\"o}hten terrigenen Eintrag mit einer nordw{\"a}rtigen Verlagerung der innertropischen Konvergenzzone durch die Bildung von kalten, dichten Luftmassen, die zu verst{\"a}rkten Niederschl{\"a}gen in Nordafrika f{\"u}hrten. Diese verst{\"a}rkten Niederschl{\"a}ge (oder verst{\"a}rkter afrikanischer Monsun) beeinflußten die kontinentale Verwitterung und den Eintrag, mit der Folge, daß verst{\"a}rkt terrigene Sedimente im Bereich der Hangsedimente der Maltainselgruppe abgelagert wurden. Die tonreichen Intervalle weisen {\"A}hnlichkeiten zu sapropelischen Ablagerungen auf, was mit Hilfe der Spektral analyse des Karbonatgehalts und der geochemischen Analyse des organischen Materials gezeigt wurde. Auf dem Marion Plateau wurden die Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopenkurven anhand von Foraminiferen der Gattung Cibicidoides spp. rekonstruiert. Der Karbonatgehalt wurde mit Hilfe einer chemischen Methode (Coulometer) ermittelt. Genauso wie die Sedimente der Maltainselgruppe beeinflußte das mittelmioz{\"a}ne Abk{\"u}hlungsereignis (Mi3) auch die Sedimente auf dem Marion Plateau. So kam es bei 13,8 Ma, in etwa zur Zeit der Vereisung von Ostantarktika, zu einem Abfall der Karbonatakkumulationsraten. Weiterhin traten {\"A}nderungen in der Zusammensetzung der Sedimente auf, so nehmen neritische Karbonatfragmente ab, der planktische Foraminiferengehalt nimmt zu und es wurden verst{\"a}rkt Quarz und Glaukonit abgelagert. Ein {\"u}berraschendes Ergebnis ist die Tatsache, daß der große N12-N14 Meeresspiegelabfall um 11,5 Ma die Akkumulationsraten der Karbonate auf dem Hang nicht beeinflußte. Dieses Ergebnis ist umso erstaunlicher, da Karbonatplattformen normalerweise sehr sensitiv auf Meeresspiegel{\"a}nderungen reagieren. Der Grund, warum sich die Karbonatakkumulationsraten schon um 13,6 Ma (Mi3) und nicht erst um 11,5 Ma (N12-N14) verringerten, liegt in der Tatsache, daß die ozeanischen Str{\"o}mungen die Karbonatsedimentation auf dem Hang des Marion Plateau schon im Mioz{\"a}n kontrollierten. Das mittelmioz{\"a}ne Ereignis (Mi3) erh{\"o}hte die St{\"a}rke diese Str{\"o}mungen und als eine Ursache wurde die Karbonatakkumulation auf den H{\"a}ngen reduziert. Die Amplitude des N12-N14 Meeresspiegelabfalls liegt bei 90 m unter der Ber{\"u}cksichtigung der Sauerstoffisotopendaten aus der Tiefsee und Berechnungen des Meeresspiegels anhand des \“coastal onlaps\”, die w{\"a}hrend Leg 194 gemacht wurden. Die Isotopendaten dieser Arbeit weisen hingegen auf einen verringerten Meeresspiegelabfall von 70 m hin. Als allgemeine Schlußfolgerung kann gesagt werden, daß der mittelmioz{\"a}ne Klimaumschwung die Karbonatsysteme zumindest an den beiden untersuchten Lokalit{\"a}ten beeinflußt hat. Allerdings waren die Auswirkungen sehr von den unterschiedlichen lokalen Gegebenheiten abh{\"a}ngig. Insbesondere wirkten sich die Anwesenheit einer Landmasse (Malta) und die Abwesenheit einer Barriere vor den Einfl{\"u}ssen des offenen Ozeans (Marion Plateau) stark auf die Ablagerung der Karbonate aus.},
  language  = {en}
}