660-km-Diskontinuität

Die 660-km-Diskontinuität definiert die untere Grenze der Mantelübergangszone und damit den Beginn des unteren Mantels der Erde. Sie ist gekennzeichnet durch eine Zunahme der seismischen Geschwindigkeiten mit der Tiefe. Ihre Bezeichnung orientiert sich an der durchschnittlichen globalen Tiefe ihres Auftretens nach dem Referenz-Erdmodell IASP91, kann jedoch unter Subduktionszonen variieren.[1] In anderen Geschwindigkeitsmodellen der Erde (z. B. PREM, Preliminary Reference Earth Model) kann die Tiefe auch mit 670 km angegeben sein.

Die 660-km-Diskontinuität hat ihre Ursache in der Phasenumwandlung von γ-Olivin („Spinell“). γ-Olivin zerfällt dort in Perowskit (Mg,Fe)SiO3 und Ferroperiklas (Mg,Fe)O (oft ungenau auch als Magnesiowüstit bezeichnet).[2][3][4]

γ-(Mg,Fe)2[SiO4] → (Mg,Fe)[SiO3] + (Mg,Fe)O
γ-Olivin → (Mg,Fe)-Perowskit + Ferroperiklas

Das Auftreten der Phasenumwandlung ist gekoppelt an ein bestimmtes Verhältnis von Druck und Temperatur. Diese können durch Clapeyron-Steigungen dargestellt werden. Die entsprechende Clapeyron-Steigung für die 660-km-Diskontinuität wird mit −2 MPa/K angegeben.[5][6] Die durchschnittliche Tiefe von 660 km entspricht einem Druck von ungefähr 23,5 GPa. Durch die negative Clapeyron-Steigung führt eine Erhöhung der Temperatur im Erdmantel dazu, dass für die Umwandlung des γ-Olivins niedrigerer Druck vorherrschen muss. Die Temperaturerhöhung kann durch einen aufsteigenden Plume hervorgerufen werden.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. ↑ Peter M. Shearer, T. Guy Masters: Global mapping of topography on the 660-km discontinuity. In: Nature. Band 355, Nr. 6363, 27. Februar 1992, S. 791–796, doi:10.1038/355791a0.
  2. ↑ Eiji Ito, Eiichi Takahashi: Postspinel transformations in the system Mg2SiO4-Fe2SiO4 and some geophysical implications. In: Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Band 94, B8, 1989, ISSN 2156-2202, S. 10637–10646, doi:10.1029/JB094iB08p10637.
  3. ↑ Reinhard Boehler, L. Chudinovskikh: High-pressure polymorphs of olivine and the 660-km seismic discontinuity. In: Letters of Nature. 411, 2001, S. 574–577.
  4. ↑ Sang-Heon Shim, Thomas S. Duffy, Guoyin Shen: The post-spinel transformation in Mg2SiO4 and its relation to the 660-km seismic discontinuity. In: Nature. Band 411, Nr. 6837, 31. Mai 2001, S. 571–574, doi:10.1038/35079053.
  5. ↑ A. Navrotsky: Lower mantle phase transitions may generally have negative pressure-temperature slopes. In: Geophysical Research Letters. 7, Nr. 9, 1980, ISSN 0094-8276.
  6. ↑ E. Ito, H. Yamada: Stability relations of silicate spinels, ilmenites and perovskites. In: Adv. Earth Planet. Sci. 12, S. 405–419, 1982.