Starseite Geophysik in Jena Institut für Geowissenschaften Friedrich-Schiller-Universität Jena

Labore

Der Lehrstuhl für Allgemeine Geophysik verfügt über eine umfangreiche und moderne Ausstattung an Laborgeräten, die in Forschung, Lehre und Drittmitteleinwerbung eingesetzt wird.

Analoglabor

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


Abb1_Ringschertester

Abb.1: Ringschertester RST-XS inklusive Scherzelle und eingesiebtem Material


Abb2_REM

Abb.2: a: REM-Aufnahmen beispielhafter Analogmaterialien. b. Messkurven der Ringschermessung für die jeweiligen Materialien.

 

Rheometer 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


Abb3_3D_Scanner

Abb.3: Optischer 3D-Scanner zur Bestimmung der Oberflächengeometrie in einem Analogexperiment (nach Willen, 2014)

Particle Image Velocimetry System (PIV)

  • Aufnahme und Analyse von 2D-Bewegungsdaten mittels digitaler Spiegelreflexkamera und OpenPIV software



Abb4_OpenPIV beispiel

Abb.4: a: Seitliche Aufnahme eines Analogexperiments zur Untersuchung von Akkretionskeilen. b: Geschwindigkeitsvektoren analysiert mit OpenPIV (nach Schultz, 2015).

Permeabilitätsmesser

-          Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Granulaten mittels Volumenstromregler und Drucksensoren


Abb5_Permeabilitätsmesser

Abb.5 Messapparatur zur Bestimmung der Permeabilität von granularen Materialien.

 

Aktuelle 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 Themenkomplex 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 hier).

 

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.

 

 








 




Im Petrophysiklabor des Lehrstuhls für Allgemeine Geophysik werden zahlreiche Methoden zur Bestimmung der petrophysikalischen Parameter von Feststoffen angewendet.


Ausstattung:

GEOTRON Ultraschallmesssystem UKS-D
  • Messung der Ultraschallgeschwindigkeit (Dehn- und Scherwelle) in Festkörpern
  • Bestimmung von elastischen Materialkennwerten
  • Messung von elastischen Materialkennwerten


TCS - Thermal Conductivity Scanner
  • kontaktlose Messung der Wärme- und Temperaturleitfähigkeit von Festkörpern
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