@phdthesis{Sonder2010,
  author    = {Sonder, Ingo},
  title     = {Non-Newtonian Properties of Magmatic Melts},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-49762},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {This work presents a new method to measure model independent viscosities of inhomogeneous materials at high temperatures. Many mechanisms driving volcanic eruptions are strongly influenced by the viscous properties of the participating materials. Since an eruption takes place at temperatures at which these materials (predominantly silicate melts) are not completely molten, typically inhomogeneities, like e.g. equilibrium and non-equilibrium crystals, are present in the system. In order to incorporate such inhomogeneities into objective material parameters the viscosity measurement is based on a rotational viscometer in a wide gap Couette setup. The gap size between the two concentric cylinders was designed as large as possible in order to account for the inhomogeneities. The emerging difficulties concerning the model independent data reduction from measured values to viscosities are solved using an appropriate interpolation scheme. The method was applied to a material representative for the majority of volcanic eruptions on earth: a typical continental basaltic rock (Billstein/Rh{\"o}n/Germany). The measured viscosities show a strong shear rate dependency, which surprises, because basaltic melt has been, until now, assumed to behave as a Newtonian fluid. Since a non-Newtonian material shows a very different relaxation behavior in the Couette motion compared to a Newtonian one (which, ultimately, does not show any), and a strong relaxation signal was recorded during viscosity measurements, the equations of Couette motion were investigated. The time dependent stress distribution in a material due to a quasi step-like velocity change at the inner Couette radius (i.e. the spindle) was considered. The results show that a material combining a linear shear modulus and a Newtonian viscosity -- a Maxwell material -- cannot quantify the relaxation behavior. This could be considered as a hint, that the widely used Maxwell relaxation times cannot be applied as a 1:1 mapping from microscopic considerations to macroscopic situations.},
  subject      = {Viskosit{\"a}t},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Raue2004,
  author    = {Raue, Johannes Georg},
  title     = {Magmenfragmentation im bruchhaften Regime : ein neues Modell zur Energiebilanzierung am Beispiel der Phlegr{\"a}ischen Felder/Italien},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8782},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Die bruchhafte Fragmentation von h{\"o}herviskosem Magma ist ein bedeutender Prozess im explosiven Vulkanismus. Deren Fragmentationsenergie ist linear an die Entstehung neugebildeter Bruchfl{\"a}che gekoppelt. Aus diesem Grund ist es wichtig, die mechanische Energie der Schmelzefragmentation zu quantifizieren, um die physikalischen Vorg{\"a}nge w{\"a}hrend dieses vulkanologischen Vorgangs besser verstehen zu k{\"o}nnen. Deshalb war es das Ziel der vorliegenden Arbeit eine Kenngr{\"o}ße der Fragmentationsleistung von vulkanischen Schmelzen der Phlegr{\"a}ischen Felder (Neapel/Italien) zu definieren und somit ihren vulkanischen Ablagerungen spezifische Fragmentationsenergien zuzuweisen. Das Vulkangebiet der Phlegr{\"a}ischen Felder ist durch langanhaltenden explosiven Vulkanismus gekennzeichnet. Die bruchhaft entstandenen Feinaschen-Ablagerungen intermedi{\"a}rer Zusammensetzung bedecken ein Gebiet von ca. 1000 km2. Dieses Gebiet wird heute von ca. 2 Millionen Menschen bev{\"o}lkert. Diese Arbeit stellt eine Methodik vor, mit der die Fragmentationsenergie von solchen h{\"o}her-viskosen Schmelzen intermedi{\"a}rer Zusammensetzung durch Laborexperimente und Granulometrie der erzeugten Partikel ermittelt werden kann. Die Materialparameter der kritischen Schubspannung und des kritischen Scherstress wurden mit einem sogenannten Gasdruck-Fragmentations-Versuch (GFV) experimentell bestimmt. Ferner konnten durch den GFV Erkenntnisse {\"u}ber das Fragmentationsverhalten dieser Schmelzen unter verschiedenen treibenden Gasdr{\"u}cken gewonnen werden. Dieser spezielle Versuchsaufbau basiert auf Fragmentation von Schmelze durch Druckluft, die von unten in einen Tiegel geleitet wird. Ein individuell einstellbarer Gasdruckluftstoß f{\"u}hrt in der Schmelze zu einer Zunahme der Schubspannung und einem Druckaufbau, der vergleichbar mit der Kraftrampe eines Biegeversuchs ist. W{\"a}hrend dieser Zeit kommt es zur Mikrobruchbildung, die sich von der Schmelzeoberfl{\"a}che nach unten fortsetzt. Nach dem {\"U}berschreiten der Bruchgrenze relaxiert das Schmelzematerial durch Ausbildung von Spr{\"o}dbr{\"u}chen und wird nach oben ausgeworfen. Die Aufzeichnung der physikalischen Parameter und die optische Versuchs{\"u}berwachung erlaubten eine komplette Energiebilanzierung des Vorgangs. Die neugebildete Bruchfl{\"a}che der entstandenen Partikel wird durch Granulometrie und Anwendung der Methode von Brunnauer-Emmet-Teller (BET) bestimmt. Somit kann die Fragmentationsenergie auf die Bruchfl{\"a}che bezogen und als Materialparameter des kritischen Scherstresses ausgedr{\"u}ckt werden. Der GFV wurden durch normierte Laborexperimente an dem selben Schmelzematerial erg{\"a}nzt. Dabei dienten statische Biegeversuche unter Raumtemperatur zur {\"U}berpr{\"u}fung der {\"u}ber GFV bilanzierten Scherstresse. Die Rotationsviskosimetrie zeigte, dass der Materialparameter der Viskosit{\"a}t nicht geeignet ist, um R{\"u}ckschl{\"u}sse {\"u}ber Materialverhalten im bruchhaften Regime zu ziehen. Anschließend wurde einer definierten Tephraschicht der Phlegr{\"a}ischen Felder eine spezifische Fragmentationsenergie zugeordnet, indem die experimentellen Ergebnisse auf Felddaten bezogen wurden. Diese spezifische Energie von ca. 8*1010 kJ entspricht der Sprengkraft von ca. 20.000 Tonnen Trinitrotoluol (TNT). Die Qualit{\"a}t eines hazard assessment gef{\"a}hrdeter Vulkangebiete wie z.B. der Phlegr{\"a}ischen Felder wird durch die Kenntnis der Energieaufteilung w{\"a}hrend des Eruptionsprozesses (Fragmentationsenergie, Auswurfenergie etc.) wesentlich verbessert. Die Kenntnis der Energien dient beispielsweise der Skalierung ballistischer Modelle, mit deren Hilfe dichtbev{\"o}lkerte Zonen ausgewiesen werden k{\"o}nnen, die bei k{\"u}nftigen Eruptionen der Phlegr{\"a}ischen Felder durch den Niedergang von Pyroklastika bedroht sind.},
  subject      = {Phlegr{\"a}ische Felder},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Koopmann2004,
  author    = {Koopmann, Anselm},
  title     = {Magma mingling : Die hydrodynamische Genese magmatischer Dispersionen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8791},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Interaktion und Vermischung kompositionell unterschiedlicher Silikatschmelzen treten im gesamten Spektrum magmatischer Aktivit{\"a}t auf. Dabei kann es sowohl zu Magma mingling-, als auch zu Magma mixing-Prozessen kommen. Magmatische Enklaven und Dispersionen sind dabei Zeugen der ehemaligen Interaktion und Vermischung der beteiligten Schmelzen. Diese Arbeit pr{\"a}sentiert ein neuartiges Modell zur Genese magmatischer Dispersionen, das auf hydrodynamischen Mischungsprozessen der beteiligten Schmelzen beruht. Es geht davon aus, dass es bei geeigneten, an der Grenzfl{\"a}che zwischen zwei Schmelzen wirkenden Scherkr{\"a}ften zu mechanischen Mischungsprozessen unter Ausbildung von Dispersionen kommen kann. Die daf{\"u}r relevanten Parameter umfassen die jeweiligen Viskosit{\"a}ten der Schmelzen, die zwischen ihnen herrschende Grenzfl{\"a}chenspannung, die anliegenden Scherraten bzw. Fließgeschwindigkeiten und die zur Verf{\"u}gung stehende Zeitspanne. Die praktische Anwendbarkeit und die generelle G{\"u}ltigkeit f{\"u}r georelevante Silikatschmelzen des Modells zur hydrodynamischen Genese magmatischer Dispersionen wurde experimentell durch Laborversuche und durch die Anwendung auf nat{\"u}rliche F{\"a}lle magmatischer Mischungsprozesse best{\"a}tigt. Somit steht auch ein tool im Sinne der Geospeedometrie zur Verf{\"u}gung, mit dem die damaligen Temperaturen, Viskosit{\"a}ten und relativen Str{\"o}mungsgeschwindigkeiten der beteiligten Magmen zum Zeitpunkt ihrer Vermischung berechnet und rekonstruiert werden k{\"o}nnen. Es liefert wichtige Daten zur Erfassung der kinematischen Eigenschaften von Silikatschmelzen und tr{\"a}gt so zur weiteren Aufkl{\"a}rung der komplexen magmatischen Systeme bei.},
  subject      = {Magma},
  language  = {de}
}