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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Neu entdecktes Mineral im Erdmantel |
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| | | Der Übergang vom Erdmantel zum Erdkern stellt die Geophysiker schon seit längerem vor große Probleme. Diese so genannte D"-Schicht, die im Durchschnitt rund 150 Kilometer mächtig ist, weist völlig andere physikalische Eigenschaften auf als die darüber liegenden Schichten. Schweizer und japanische Forscher machen nun ein bisher unbekanntes Mineral dafür verantwortlich: Post-Perovskit. |
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Artem R. Oganov vom Laboratorium für Kristallographie der ETH Zürich und Shigeaki Ono von der Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology konnten mit Berechnungen und Hochdruck-Experimenten zeigen, dass die bisherigen Erklärungsansätze nicht korrekt sind. Ihre in "Nature" publizierte Entdeckung wirft ein neues Licht auf die Vorgänge tief im Erdinneren.
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Die Studien "The elasticity of the MgSiO3 post-perovskite phase in the Earth's lowermost mantle" und " Theoretical and experimental evidence for a post-perovskite phase of MgSiO3 in Earth's D" layer" sind in "Nature" (Bd. 430, S. 442, Ausgabe vom 22. Juli 2004) erschienen. |
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 Original-Abstract in "Nature" |
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Beobachtungen neu interpretieren |
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Die D''-Schicht spielt beispielsweise bei der Entstehung von heißen Mantelplumes eine wichtige Rolle. Diese Mantelplumes sind etwa für den Vulkanismus auf Island oder Hawaii verantwortlich. Auf Grund der neuen Entdeckung müssen nun verschiedene Beobachtungen des Erdmantels neu interpretiert werden, schreiben die Wissenschaftler in einer Aussendung.
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Post-Perovskit: Überraschende Kristallstruktur |
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Auf Grund von quantenmechanischen Berechnungen und Hochdruck-Experimenten konnten sie zeigen, dass sich das Mineral Perovskit, der wichtigste Baustein des unteren Erdmantels, bei extrem hohem Druck zu Post-Perovskit umwandelt.
Das bisher unbekannte Mineral weise die gleiche chemische Zusammensetzung auf wie Perovskit, verfüge jedoch überraschenderweise über eine geschichtete Kristallstruktur. Dies sei für diesen Bereich des Erdmantels sehr ungewöhnlich und wurde von den Forschern nicht erwartet.
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Andere seismische Eigenschaften |
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Mit der neuen Kristallstruktur lasse sich auch erklären, warum die Gesteine der D"-Schicht so anisotrop sind und derart andere seismische Eigenschaften aufweisen als die darüber liegenden Mantelgesteine, die aus dem fast isotropen (nicht nach allen Richtungen hin gleiche Eigenschaften aufweisenden) Mineral Perovskit bestehen.
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Mächtigkeit abhängig von der Temperatur |
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Die D"-Schicht besitzt eine ungewöhnliche Topographie. Die beiden Forscher können diese nun erklären. Bei welchem Druck sich Perovskit zu Post-Perovskit umwandelt, hänge nämlich entscheidend von der Temperatur ab. Je nachdem, wie heiß die Mantelgesteine sind, erfolge der Phasenübergang in unterschiedlicher Tiefe.
Dort, wo der Erdmantel besonders heiß ist, sei die D''-Schicht nur wenige dutzend Kilometer mächtig. In den "kühleren" Regionen hingegen könne sie eine Ausdehnung von 300 Kilometern erreichen.
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01.01.2010 |
