Neues Mineral im Erdmantel entdeckt

28. Juli 2004, 12:29
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Kristallstruktur beeinflusst seismische Eigenschaften

Zürich - Forscher von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich haben herausgefunden, dass der unterste Bereich des Erdmantels aus einem bisher unbekannten Mineral besteht. Ihre Berechnungen und Hochdruck-Experimente widerlegen bisherige Erklärungsansätze. Aufgrund dieser Entdeckung müssen die Vorgänge im Erdinneren neu bewertet werden.

Schon seit längerem war der unterste Bereich des Erdmantels, die D"-Schicht, ein Diskussionspunkt unter Geophysikern. Die unregelmäßig verlaufende Schicht mit einem Durchschnitt von 150 Kilometern hat völlig andere physikalische Eigenschaften als die darüber liegenden Ebenen. Der Grund für den anderen Aufbau des Erdmantels am Übergang zum Erdkern war bisher nicht bekannt. Die aktuelle Untersuchung der Züricher Forscher soll belegen, dass die D"-Schicht aus einem bisher unbekannten Material besteht. Die D"-Schicht ist an der Entstehung von heißen Mantelplumes beteiligt, die für den Vulkanismus auf Island oder Hawaii verantwortlich sind.

Perovskit wird zu Post-Perovskit umgewandelt

Die quantenmechanischen Berechnungen und Hochdruck-Experimente haben ergeben, dass das Mineral Perovskit, der wichtigste Baustein des unteren Erdmantels, bei extrem hohem Druck zu Post-Perovskit umgewandelt wird. Das bisher unbekannte Material ist zwar gleich wie Perovskit zusammengesetzt, hat aber eine geschichtete Kristallstruktur, was für diesen Bereich des Erdmantels ungewöhnlich ist. Die neue Kristallstruktur ist scheinbar dafür verantwortlich, dass die Gesteine der D"-Schicht anisotrop sind und andere seismische Eigenschaften aufweisen als die darüber liegenden Mantelgesteine, die aus dem fast isotropen Mineral Perovskit bestehen.

Die Topographie der D"-Schicht ist ungewöhnlich, doch die Forscher haben nun eine Erklärung dafür. Bei welchem Druck sich Perovskit zu Post-Perovskit umwandelt, ist von der Temperatur abhängig. Der Phasenübergang in unterschiedlicher Tiefe ist abhängig davon, wie heiß die Mantelgesteine sind. In besonders heißen Regionen des Erdmantels hat die D"-Schicht eine Ausdehnung von wenigen Dutzend Kilometern, während sie in kühleren Regionen an die 300 Kilometer erreicht. (pte)

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