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Der stoffliche Aufbau des Erdinnern

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Präsentation zum Thema: "Der stoffliche Aufbau des Erdinnern"—  Präsentation transkript:

1 Der stoffliche Aufbau des Erdinnern
Institut für Geowissenschaften Universität Potsdam

2 Übersicht zur Vorlesung

3 Beginnen wir am Anfang .. vor ~ 4.56 Mrd. Jahren
courtesy of NASA/JPL-Caltech

4 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)

5 D.J. Stevenson, Nature 423 (2003) 239

6 Wie kann man die Zusammensetzung der Erde bestimmen ?

7 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)

8 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) ??

9 Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?

10 Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?

11 Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?

12 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)

13 Bestimmung von (r): PREM

14 Bestimmung von (r): PREM
Dziewonski & Anderson PEPI 25 (1981)

15 Das PREM Modell Dichte (r) Druck P(r) und g(r)

16 Das PREM Modell

17 Struktur des Erdinneren

18 Struktur des Erdinneren
Inhomogenitäts- Parameter (r) (r) = - d(r)/dr  (r)/((r) g(r))

19 Struktur des Erdinneren

20 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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25 Petrologie des Erdmantels

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27 Vergleich mit Seismologie vp, vs
„Pyrolite“ Modell

28 Der obere Erdmantel

29 Die Übergangszone

30 Die Übergangszone

31 Der untere Erdmantel

32 Der Erdmantel insgesamt

33 Geodynamische Implikationen (I)
Ringwood (1981)

34 Geodynamische Implikationen (II)
Bildung ozeanischer Lithosphäre an mittelozeanischen Rücken

35 Bildung ozeanischer Lithosphäre an mittelozeanischen Rücken
Teilschmelz Prozesse Bildung ozeanischer Lithosphäre an mittelozeanischen Rücken

36 Die ozeanische Lithosphäre

37 Mantel- bzw. Krustengestein

38 Mantel- bzw. Krustengestein

39 Mantel- bzw. Krustengestein
ophiolites (obduction zones) mantle xenoliths (e.g. from kimberlites)

40 Ophiolite

41 Ophiolit Vorkommen

42 Bildung von Teilschmelzen (I)
Kontinuierliche Änderung der Zusammensetzung von (Rest-)Schmelze & Kristallen !

43 Bildung von Teilschmelzen (II) (fraktionierte Kristallisation)
Beim Aufsteigen von Magma aus dem Mantel an die Erdoberfläche verändert sich seine chemische Zusammensetzung (fraktionierte Kristallisation)

44 Bildung von Teilschmelzen (III)

45 Die ozeanische Lithosphäre

46

47 Die ozeanische Lithosphäre

48 Wie kann man die Zusammensetzung der Erde bestimmen ??

49 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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