Eerdmantel
De Eerdmantel is de middlere Schaal vun’n binneren Eerdopbo. Se nimmt den gröttsten Andeel vun’n Eerdkörper in wat dat Volumen angeiht un ok na de Masse. Se fangt nipp un nau ünner de Eerdköst an, wat de butenste Schaal vun de Eerd is. De Mantel hett in’n Dörsnitt en Mächtigkeit vun 2.850 km un ennt in en middlere Deep vun ruchweg 2.898 an de Karn-Mantel-Grenz, de ok as Wiechert-Gutenberg-Grenzflach betekent warrt. Jüst so as de Eerdköst is de Eerdmantel fast, ünnerscheedt sik dorvun aver düütlich in sien mechaanschen Egenschoppen un in sien cheemsch Tohopensetten.
Physikaalsche Egenschoppen
[ännern | Bornkood ännern]De Masse vun’n Eerdmantel bedriggt üm un bi 4,00 · 1024kg[1] un maakt dormit ruchweg 68 % vun de Samtmasse vun de Eer ut. Binnen in herrscht Temperaturen twüschen enige 100 °C an de Mohorovičić-Grenzflach, dat is de Grenz twüschen den böveren Mantel un de Eerdköst, un mehr as 3.500 °C an de Wiechert-Gutenberg-Grenzflach, also an de Karn-Mantel-Grenz[2]. De Temperaturen leegt dormit sünners in de deperen Rebeden wiet över den Smöltpunkt vun’t Mantelmaterial, liekers bargt de Eerdmantel meist blots fasten Steen. De bannig hoge lithostatische Druck hinnert dat Utbilln vun Smölt, mit Utnahm vun dat Rebeet vun de Asthenosphäär in böveren Mantel.
Ünnerdelen vun’n Eerdmantel
[ännern | Bornkood ännern]De Eerdmantel warrt groff ünnerdeelt in de böveren un den ünneren Eerdmantel. Twüschen de beiden Deelen liggt de so nöömte Mantelövergangszoon, de noch to’n böveren Mantel rekent warrt. Disse Zoon geiht bi ruchweg 410 km los. Dorin ännert sik de Struktur vun de Mineralen, de den Eerdmantel opboet, dör Phasentransformatschonen. Kiekt een noch deeper, warrt de Druck un de Temperatur bi ungefähr 660 km so groot, dat de Olivin nich mehr bestännig is un in Perowskit un Magnesiowüstit verfallt. Dordör is de Grenz na’n ünneren Mantel definieert.[2]
Man, dat gifft noch wietere Ünnerdeelen vun’n Mantel. So is de böverste Deel vun’n Eerdmantel as en faste Struktur to sehn, de in verscheden grote Schören tweibroken is. Tosamen mit de Eerdköst warrt disse noch teemlich faste Deel vun’n Mantel as Lithosphäär (vun gr. λίθος lithos „Steen“) betekent. De enkelten Broockstücken sünd de so nöömten Lithosphärenplatten, de för de Plattenektonik en grote Rull speelt. Ünner de faste Lithosphäär liggt de Asthenosphäär (vun gr. a un sthenos „ahn Fastigkeit“), de to’n Deel opsmölt is un bannig week un formbor is. Wo dick beide Schichten sünd hangt vör allen vun de Temperatur in’n Eerdmantel af.[2]
Ok de ünnere Eerdmantel wiest an’n Övergang na’n Eerdkarn noch en sünner’t Rebeet op, dat as D"-Schicht betekent warrt. Disse Schicht wiest sik dör en starken Temperaturgradienten ut un is man jüst 200 bit 300 km[3] dick. Ut disse Schicht, so warrt annahmen, warrt vele Mantelplumes spiest.[1]
Tosamensetten vun’n Eerdmantel
[ännern | Bornkood ännern]| Elementen in’n Eerdmantel [%gew.] | |
|---|---|
| Suerstoff | 44,8 % |
| Magnesium | 22,8 % |
| Silizium | 21,5 % |
| Iesen | 5,8 % |
| Calcium | 2,3 % |
| Aluminium | 2,2 % |
| Natrium | 0,3 % |
| Kalium | 0,03 % |
| all annern | < 0,3 % |
Wiel de Eerdköst tomeist ut Basalt (vör allen de Seebodden) un ut Granit (sünners de Kontinenten) besteiht, bargt de Eerdmantel hööftsächlich de dree Mineralkomponenten de in’n Vergliek to de Köst weniger Silizium un Aluminium bargt, man dorför mehr Iesen un Magnesium. Disse cheemsche Ünnerscheed defineert vör allen den Övergang vun Köst na’n Mantel.
För de mineraloogsche Tosamensetten vun’n Eerdmantel gifft dat twee grundsätzliche Modellen, de in de verleden Tiet veel in de Literatur diskuteert worrn sünd. Op den austraalschen Geoloog Alfred Edward Ringwood geiht dat so nöömte Pyrolit-Modell (1975) torüch, wona de bövere Mantel ut 60 % Olivin, 25 % Pyroxenen un 15 % Granat tosamensett is.[4] Dat annere Piklogit-Modell weer vun Don L. Anderson vörslahn un hett för ünnerschedliche Deepen in’n Mantel ünnerscheedliche Andeelen vörsehn. Dorna harr de bövere Mantel bit ruchweg 220 km düütlich weniger Olivin un bestünn dorför vör allen ut Klinopyroxen un Granat, wat de Hööftbestanddeelen vun’n Eklogit sünd.[5][6] In tallrieke Modellreken un Laborexperimenten ünner hogen Druck sünd in de verleden Johrteihnten de beiden Modellen test worrn. Allgemeen warrt vundaag dat Pyrolit-Modell as dat betere acht, wobi aver veel Speelruum för Interpretatschonen blifft.
Lange Tiet is man dorvun utgahn, dat de Eerdmantel homogen is, man vundaag is teemlich klor, dat een dat so allgemeen nich seggen kann.[7][8] Vör allen dör Methoden ut de Seismologie künnt jümmer wedder Anomalien beobacht warrn, de to’n Deel ok op Ännern in de Tosamensetten torüchföhrt warrt. To’n een kummt dat to’n Dörmischen mit Material ut de Köst, dat dör Subdukschoon in’n Rahmen vun de Mantelkonvekschoon in den Eerdmantel rünnertogen warrt. To’n annern ist dat Mantelmaterial sülvst ok nich överall gliek, as ok de mineraloogsche Tosamensetten sik ännert.
Phasenövergäng in’n Mantelsteen
[ännern | Bornkood ännern]
De Bestännigkeit vun Mineralenstrukturen hangt ünner annern vun de Temperatur un vun den Druck af, wobi de Druck wedder direkt afhangt vun de Deep in de Eer. Dorüm kummt dat in’n Deepenverloop vun de Eer to en Ümwanneln vun de Mineralstrukturen, de as Phasenövergäng oder Phasentransformatschonen betkent warrt. Dat Mineral ännert dorbi blots de Kristallstruktur, nich aver sien cheemsch Tosamensetten.
Al in de böveren 100 km gifft dat Phasenövergäng vun de Mineralen, de Aluminium bargt. De bi siete Drück bit knapp 1 GPa bestännige Plagioklas warrt dorbi in Spinell ümwannelt, de bi 2,5 bit 3 GPa denn in Granat övergeiht, wat to lüttere Ännern in de Proportschonen vun’n Mantelsteen föhrt. Bi tonehmen Druck billt de Pyroxenen un de Granat in en Deep af ruchweg 300 km na un na en Mischkristall mit Granatstruktur, de wenig Aluminium bargt. Disse Mischkristall is in’n gröttsten Deel vun de Övergangszoon twüschen 410 un 660 km un in’n böversten Deel vun’n ünneren Eerdmantel bestännig.
De Mantelövergangszoon warrt ok dör Phasenövergäng defineert. Ehr Grenz na baven hen warrt dör en mehr oder minner scharpe Phasentransformatschoon vun’n Olivin markeert, de hier vun de α-Phaas in de β-Phaas övergeiht, de ok Wadsleyit nöömt warrt[9][10]. Disse Övergang kann dör seismologische Beobachten as 410-km-Grenzflach afbillt warrn. In ruchweg 520 km Deep wannelt sik de Wadsleyit wieder üm in de γ-Phaas vun’n Olivin, de ok Ringwoodit nöömt warrt. Disse Övergang is nich so scharp un düütlich, kann aver ok mit seismologische Middel as 520-km-Grenzflach nawiest warrn[10][11]. Ruchweg in dat glieke Deepenrebeet wannelt sik ok annere Mineralen, de Calcium bargt, üm in Calcium-Perowskit[12], de en poor Volumenprozent utmaakt un ok in’n ünneren Mantel noch as egenstännige Mineralphaas Bestand hett. An de 660-km-Grenzflach, de de Grenz vun böveren un ünneren Mantel dorstellt, verfallt de Olivin opletzt in Perowskit un Magnesiowüstit (Ferroplagioklas).[9][10]
In’n ünneren Mantel sünd vun de fakensten Mantelmineralen keen Övergäng mehr bekannt, mit een Utnahm. Dat is de Perowskit, de bi Drück vun mehr as 120 GPa in de Post-Perowskit-Phaas övergeiht[13] un villicht wat mit dat Vörkamen vun de D"-Schicht nipp un nau över de Karn-Mantel-Grenz to doon hett.[14] Man dat gifft noch wietere Phasenövergäng vun Mineralen, de blots in lütte Mengden in’n Eerdmantel vörkamt un dorüm keengrote Rull speelt. En Mineral, dat mööglicherwies to seismische Grenzflachen föhrt, is de Quarz, de in’n Mantel in sien Hoodruckmodifikatschonen Coesit (af 2 GPa), Stishovit (af 7,5 GPa) un Seifertit (af 78 GPa) vörkummt.[15][16]
De Druck- un Temperaturbedingen in’n Eerdmantel föhrt dorto, dat dat Material ok in sien fasten Tostand felten kann. Ut den Grund is de Mantelsteen ok nich mehr sprööd, man kann plastisch verformt warrn (jüst so as Knedmasse oder warm Wass) un brickt dorüm ok nich twei. Dorut künn een sluten, dat dat in gröttere Deep keen Eerdbeven mehr geven kann, liekers künnt Deepbeven ok noch veel deeper bit meist 700 km optekent warrn. Dat hett aver mit de Subdukschoonsvörgaäng to doon.
Mantelkonvekschoon
[ännern | Bornkood ännern]Wegen den Temperaturünnerscheed twüschen de Eerdköst un den buteren Eerdkarn is de Mantel jümmer in Bewegen un maakt en Konvekschoon dör, de blots wegen de Anlaag fleten to künnen mööglich warrt. Vun de deepen Rebeden in de Neeg vun de Karn-Mantel-Grenz stiggt dorbi hitt Material op in högere Rebeden, wiel an annere Steed küller’t un dordör sworer’t Material na ünnen afsackt.[17] Vun de Karn-Mantel-Grenz kann sik Material ok in Form vun Diapiren op’n Weg na baven maken (Mantelplumes). Op’n Weg na baven küllt sik dat Material adiabatisch – dat heet, dat keen Warmsenergie afgeven warrt – af, vun wegen dat sik de Warms dör de Druckentlasten bi’n Opstieg op en grötter’t Volumen verdeelt. In de Neeg vun de Lithosphäär kann de Druckentlasten dorto föhren, dat Material deelwies opsmölt warrt un dordör Vulkanismus oder dat Utbilln vun en Pluton veroorsaakt.
De Mantelkonveksschoon is de wichtigste Transportmechanismus för de Warms in de Eer, vun wegen dat se veel gauer aflöpt as dat Warmsleiden dör fasten Steen. In’n Sinn vun de Ströömmechanik is de Konvekschoon en chaootschen Vörgang, de togliek ok de Kontinentaldrift an’t Lopen hollt.[18] Butendem speelt hier aver ok dat Afsacken vun kolle, ozeaansche Eerdköst en bedüdene Rull. De Bewegen vun de Eerddeelen un vun’n Eerdmantel sünd dorbi deelwies afkoppelt, wiel sik en Lithosphärenplatt vun wegen stieve Verhollen vun de Eerdköst blots as hele Eenheit bewegen kann. De Ännern vun de Laag vun de Eerddeelen gifft dorüm blots en groff Afbild vun de Bewegen an de Bövergrenz vun’n Eerdmantel wedder. De Aflööp vun de Mantelkonvekschoon sünd noch nich nipp un nau verstahn. Dat gifft verschedene Theorien dorto, wat nu de hele Mantel konvekteert oder de Konvekschoonsbewegen in enkelte Stockwarken stattfinnt.[3]
Borns
[ännern | Bornkood ännern]- ↑ a b Frank D. Stacey: Physics of the Earth, 3. Opl., Brookfield Press, Brisbane 1992, ISBN 0-646-09091-7
- ↑ a b c Klaus Strobach: Unser Planet Erde: Ursprung und Dynamik, Gebr. Borntraeger, Berlin, Stuttgart 1991, ISBN 3-443-01028-8
- ↑ a b P. Keary & F.J. Vine: Global Tectonics, 2. Opl., Blackwell Science, Oxford 1990, ISBN 0-86542-924-3
- ↑ A. E. Ringwood: Composition and Petrology of the Earth’s Mantle, McGraw-Hill, New York, 1975
- ↑ J. D. Bass & D. L. Anderson: Composition of the upper mantle: Geophysical tests of two petrological models, Geophysical Research Letters, 1984, Bd. 11, S. 237-240
- ↑ D. L. Anderson & J. D. Bass: Transition region of the Earth’s upper mantle, Nature, 1986, Bd. 320, S. 321-328
- ↑ D. L. Anderson: Speculations on the nature and cause of mantle heterogeneity, Tectonophysics, 2006, Bd. 416, S. 7-22
- ↑ A. V. Sobolev et al.: The amount of recycled crust in sources of mantle-derived melts, Science, 2007, Bd. 316, S. 412-417
- ↑ a b C. R. Bina un G. Helffrich: Phase transition Clapeyron slopes and transition zone seismic discontinuity topography, Journal of Geopyhsical Research, 1994, Bd. 99 (B8), S. 15853-15860
- ↑ a b c G. Helffrich: Topography of the transition zone seismic discontinuities, Reviews of Geophysics, 2000, Bd. 38 (1), S. 141-158
- ↑ A. Deuss un J. H. Woodhouse: Seismic Observation of splitting of the mid-transition zone discontinuity in Earth’s mantle, Science, 2001, Bd. 294, S. 354-357
- ↑ L. Vitos et al.: Phase transformations between garnet and perovskite phases in the Earth’s mantle: A theoretical study, Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2006, Bd. 156, S. 108-116
- ↑ M. Muramaki, K. Hirose, N. Sata un Y. Ohishi: Post-perovskite phase transition and mineral chemistry in the pyrolicitc lowermost mantle, Geophysical Research Letters, 2005, Bd. 32, L03304, doi:10.1029/2004GL021956
- ↑ T. Yoshino un D. Yamazaki: Grain growth kinetics of CaIrO3 perovskite and post-perovskite, with implications for rheology of D" layer, Earth and Planetary Science Letters, 2007, Bd. 255, S. 485-493
- ↑ K. Kingma et al.: Transformation of stishovite to a denser phase at lower-mantle pressures, Nature, 1995, Bd. 374, S. 342-245
- ↑ E. Ohtani et al.: Stability of dense hydrous magnesium silicate phases and water storage capacity in the transition zone and lower mantle, Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2001, Bd. 124, S. 105-117
- ↑ T. Nakagawa un B.A. Buffett: Mass transport mechanism between the upper and lower mantle in numerical simulations of thermochemical mantle convection with multicomponent phase changes, Earth and Planetary Science Letters, 2005, Bd. 230, S. 11-27
- ↑ D. Bercovici: The generation of plate tectonics from mantle convection, Earth and Planetary Science Letters, 2003, Bd. 205, S. 107-121