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Veröffentlicht von:Kriemhilde Schlueter Geändert vor über 10 Jahren
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Der stoffliche Aufbau des Erdinnern
Institut für Geowissenschaften Universität Potsdam
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Übersicht zur Vorlesung
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Beginnen wir am Anfang .. vor ~ 4.56 Mrd. Jahren
courtesy of NASA/JPL-Caltech
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Wie kann man die Zusammensetzung der Erde bestimmen ??
„naiver“ Ansatz: - die Erde „scheibchenweise“ abtragen - repräsentative Proben nehmen - Proben im Labor analysieren -> Problem: - direkte Probennahme nur möglich bis ~ 10 km - eruptive „entrainment“ Proben bis zu km, evtl. bis max. 500 km Tiefe - Mantel Plumes: Advektion von Gesteinen von der Kern-Mantel-Grenze (2900 km) ? - Keine Proben existieren vom Erdkern alternativer Ansatz: „a priori“ Modell chondritische Zusammensetzung (Meteoriten)
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D.J. Stevenson, Nature 423 (2003) 239
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Wie kann man die Zusammensetzung der Erde bestimmen ?
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Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?
haben: Masse kg mittl. Radius km mittl. Dichte kg/m3 Trägheitsmoment kgm2 suchen: Druck p, Temperatur T, Dichte als Funktionen der Tiefe (r) (Bemerkung: typische Gesteinsdichte an der Erdoberfläche ist ~ kg/m3)
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Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?
Einfachstes Problem: Lithostatischer Druck p(r) dP(r)/dr = - g(r) (r) ebenfalls gute Näherung für den Erdmantel bzw. Aussenkern: adiabatischer Temperaturverlauf T(r) (dT/dP)ad = T(r) / ((r) Cp) für die Schwerebeschleunigung in einer Kugelschale g(r) gilt: g(r) = M(r) / r2 = /r2 4 ∫ r2 (r) dr Aber wie bestimmt man die Dichte (r) ??
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Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?
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Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?
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Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?
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Die Adams-Williamson Gleichung (*)
d(r)/dr = - (r) g(r) / (r) bzw. Adams-Williamson (1923) d(r)/dr = - 4 (r) / (r) r2 ∫ r2 (r) dr (*) ist eine Integro-Differential-Gl. für (r) bei gemessenem seismischen Parameter (r)
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Bestimmung von (r): PREM
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Bestimmung von (r): PREM
Dziewonski & Anderson PEPI 25 (1981)
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Das PREM Modell Dichte (r) Druck P(r) und g(r)
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Das PREM Modell
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Struktur des Erdinneren
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Struktur des Erdinneren
Inhomogenitäts- Parameter (r) (r) = - d(r)/dr (r)/((r) g(r))
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Struktur des Erdinneren
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Stofflicher Aufbau des Erdinnern
Petrologie des Erdmantels: Es existieren 2 Hauptbestandteile MgO + SiO2 = MgSiO3 (enstatite -> pyroxene) 2 MgO + SiO2 = Mg2SiO4 (forsterite -> olivine) plus 10% Fe Anteil
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Petrologie des Erdmantels
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Vergleich mit Seismologie vp, vs
„Pyrolite“ Modell
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Der obere Erdmantel
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Die Übergangszone
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Die Übergangszone
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Der untere Erdmantel
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Der Erdmantel insgesamt
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Geodynamische Implikationen (I)
Ringwood (1981)
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Geodynamische Implikationen (II)
Bildung ozeanischer Lithosphäre an mittelozeanischen Rücken
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Bildung ozeanischer Lithosphäre an mittelozeanischen Rücken
Teilschmelz Prozesse Bildung ozeanischer Lithosphäre an mittelozeanischen Rücken
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Die ozeanische Lithosphäre
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Mantel- bzw. Krustengestein
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Mantel- bzw. Krustengestein
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Mantel- bzw. Krustengestein
ophiolites (obduction zones) mantle xenoliths (e.g. from kimberlites)
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Ophiolite
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Ophiolit Vorkommen
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Bildung von Teilschmelzen (I)
Kontinuierliche Änderung der Zusammensetzung von (Rest-)Schmelze & Kristallen !
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Bildung von Teilschmelzen (II) (fraktionierte Kristallisation)
Beim Aufsteigen von Magma aus dem Mantel an die Erdoberfläche verändert sich seine chemische Zusammensetzung (fraktionierte Kristallisation)
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Bildung von Teilschmelzen (III)
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Die ozeanische Lithosphäre
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Die ozeanische Lithosphäre
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Wie kann man die Zusammensetzung der Erde bestimmen ??
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Zusammenfassung Die Kombination von seismologischer Beobachtung (PREM) mit mineralogisch-petrologischen Daten ermöglicht es, den radial gemittelten Aufbau und die stoffliche Zusammensetzung des Erdinnern weitgehend widerspruchsfrei zu bestimmen. An mittelozeanischen Rücken führen geodynamische Prozesse (Teilschmelzen, fraktionierte Kristallisation, Alterierung) beim Aufstieg von Mantelgestein zu typischen chemischen Veränderungen in der entstehenden ozeanischen Lithosphäre und Kruste.
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