Einführung in die Geophysik =ˆ Kurzbiografie des Planeten

10.
LPO und Wasser im Erdmantel
10.0
Ein Blick in die Nachbarschaft
(Einführung in die Geophysik ̂ Kurzbiografie des Planeten Erde.  Verwandte auch
ansehen)
2 Folien ‚Planeten im Sonnensystem’
Ergebnis: Viele vermeintlich besondere Eigenschaften der Erde haben andere Planeten
im Sonnensystem auch:
mittlere Dichte 4 – 5.5
: 4 innere, ‚terrestrische’ Planeten
metallischer Kern
: Merkur
Magnetfeld
: Jupiter (Kern: flüssiges ‚Metall’ - Wasserstoff)
: Mond: wahrscheinlich früher, lunarer
Paläomagnetismus, und Mars
Mantelkonvektion
: Mars zumindest früher, Hinweis: erloschene Vulkane
Atmosphäre:
: Venus (Schwefelsäure)
 Was macht die Erde einzigartig?
Der richtige Abstand zur Sonne, deshalb flüssiges Wasser, dass z.T. an der
Mantelkonvektion teilnimmt.
10.1
Subduktion als Transportprozess für Wasser
Dass Subduktion überhaupt ein Transportprozess ist,
haben Morris et al. (Nature, Vol 344, (1990)
nachgewiesen: Sie fanden dass Beryllium – Isotop
10
Be in Laven von Inselbögen. 10Be ist ein radioaktiv
Isotop mit T1/2 = 1.5 106 y, das in der Atmosphäre
durch die kosmische Höhenstrahlung gebildet wird
und dann erst in den Ozean und schließlich in
Sedimente am Ozeanboden Eingang findet. Damit überhaupt trotz der kurzen
Halbwertszeit etwas 10Be wieder im back-arc-Vulkanismus hoch kommt, muss die
subduzierte Platte etwa mit der Geschwindigkeit v  Δx T1 2  10 cm/y in den Mantel
tauchen.  Subduktion mit der Geschwindigkeit der ozeanischen Platten wie aus
Paläomagnetismus bekannt.
...
Den größten Wasseranteil in der subduzierten ozeanischen Kruste hat die ca 1 km
mächtige Sedimentesbedeckung mit Porositäten um 50%
 1 km2 ozeanische Kruste enthält 0.5 km3 Wasser!
 In 106 Jahren werden bei v  10 cm/y pro km Subduktionsfront: 100 km2
ozeanische Kruste subduziert, die bis zu 50 km3 Wasser transportieren. Zwar wird der
größte Teil davon bereits wieder unter dem
Akkretionsprisma herausgequetscht, aber ein
Teil des Wassers gelangt in ca 100 km Tiefe
und ist dort m Vulkanismus beteiligt:
Wasser verringert die Schmelztemperatur
(Harris 1972).
Metamorphosen wie Harzburgit
 Serpentinit oder Basalt  Amphibolit,
bei denen Wasser oder OH-Gruppen in die
Kristallstruktur der gesteinsbildenden Mineralien eingebaut wird, erlauben einem Teil
des Wassers, mit dem slab bis in den mittleren Mantel zu kommen.
Granit, SiO2 : Hinweis auf Sauerstoff im Mantel
10.2
Wasserstoff – Diffusivität in Olivin
10.3
Diffusion allgemein: Transport von ‚Teilchen’ wegen eines Konzentrationsgefälles
1. Ficksches Gesetz
J n   D grad n
 m2 
D   Diffusionskoeffizient
 s 
Änderung der Teilchenzahldichte in einem Volumen
n  d i v J
2. Ficksches Gesetz
n  D div grad n  D  2 n
= Diffusionsgleichung (Kap 3: Diffusionsgleichung für Temperaturfeld)
Der Diffusionskoeffizient gibt also an, wie schnell sich ‚Teilchen’ bewegen.
hier: Bewegung von H  Ionen in Olivinkristallen.
 Olivinkristalle sind anisotropbezüglich der Diffusionskoeffizienten, Da  40 Dc
(Mackwell + Kohlstedt JGR 1990)