View
104
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
VL Geodynamik & Tektonik, WS 080912.11.2008
Der stoffliche Aufbau Der stoffliche Aufbau des Erdinnerndes Erdinnern
Institut für Geowissenschaften Universität Potsdam
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Übersicht zur Vorlesung
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Beginnen wir am Anfang ..
vor ~ 4.56 Mrd. Jahren courtesy of NASA/JPL-Caltech
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
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 200 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“ Modellchondritische Zusammensetzung (Meteoriten)
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
D.J. Stevenson, Nature 423 (2003) 239
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Wie kann man die Zusammensetzung der Erde bestimmen ?
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Wie bestimmt man die Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?Materialparameter im Erdinneren ?
suchen: Druck p, Temperatur T, Dichte als Funktionen der Tiefe (r)
(Bemerkung: typische Gesteinsdichte an der Erdoberfläche ist ~ 2.7..3.4 103 kg/m3)
haben:
• Masse 5.97 1024 kg• mittl. Radius 6371 km• mittl. Dichte 5.52 103 kg/m3
• Trägheitsmoment 8.04 1037 kgm2
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
dP(r)/dr = - g(r) (r)
Einfachstes Problem: Lithostatischer Druck p(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) ??
Wie bestimmt man die Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?Materialparameter im Erdinneren ?
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Wie bestimmt man die Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?Materialparameter im Erdinneren ?
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Wie bestimmt man die Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?Materialparameter im Erdinneren ?
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Wie bestimmt man die Wie bestimmt man die Materialparameter im Erdinneren ?Materialparameter im Erdinneren ?
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Die Adams-Williamson Gleichung Die Adams-Williamson Gleichung (*)(*)
d(r)/dr = - (r) g(r) / (r)
bzw.
d(r)/dr = - 4 (r) / (r) r2 ∫ r2 (r) dr
(*) ist eine Integro-Differential-Gl. für (r) bei gemessenem seismischen Parameter (r)
Adams-Adams-WilliamsonWilliamson
(1923)(1923)
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Bestimmung von Bestimmung von (r): PREM
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Bestimmung von Bestimmung von (r): PREM
Dziewonski & AndersonPEPI 25 (1981) 297-356
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Das PREM ModellDas PREM Modell
Dichte (r)
Druck P(r) und g(r)
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Das PREM ModellDas PREM Modell
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Struktur des ErdinnerenStruktur des Erdinneren
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Struktur des ErdinnerenStruktur des Erdinneren
Inhomogenitäts-
Parameter (r)
(r) = - d(r)/dr (r)/((r) g(r))
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Struktur des ErdinnerenStruktur des Erdinneren
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Stofflicher Aufbau des ErdinnernStofflicher Aufbau des Erdinnern
Petrologie des Erdmantels:Es existieren 2 Hauptbestandteile
MgO + SiO2 = MgSiO3
2 MgO + SiO2 = Mg2SiO4
(enstatite -> pyroxene)
(forsterite -> olivine)
plus 10% Fe Anteil
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
http://de.wikipedia.org/wiki/Peridodithttp://de.wikipedia.org/wiki/Peridodit
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Petrologie des ErdmantelsPetrologie des Erdmantels
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Vergleich mit Seismologie Vergleich mit Seismologie vvpp, v, vss
„„Pyrolite“ ModellPyrolite“ Modell
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Der obere ErdmantelDer obere Erdmantel
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Die ÜbergangszoneDie Übergangszone
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Die ÜbergangszoneDie Übergangszone
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Der untere ErdmantelDer untere Erdmantel
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Der Erdmantel insgesamtDer Erdmantel insgesamt
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Geodynamische Implikationen (I)Geodynamische Implikationen (I)
Ringwood (1981)
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Bildung ozeanischer Lithosphäre an mittelozeanischen Rücken
Geodynamische Implikationen (II)Geodynamische Implikationen (II)
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
TeilschmelzProzesse
Bildung ozeanischer Lithosphäre an mittelozeanischen Rücken
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Die ozeanische LithosphäreDie ozeanische Lithosphäre
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Mantel- bzw. KrustengesteinMantel- bzw. Krustengestein
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Mantel- bzw. KrustengesteinMantel- bzw. Krustengestein
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
mantle xenoliths(e.g. from
kimberlites)
ophiolites(obduction zones)
Mantel- bzw. KrustengesteinMantel- bzw. Krustengestein
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
OphioliteOphiolite
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Ophiolit VorkommenOphiolit Vorkommen
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Bildung von Teilschmelzen (I)Bildung von Teilschmelzen (I)
Kontinuierliche Änderung der Zusammensetzung von
(Rest-)Schmelze & Kristallen !
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Bildung von Teilschmelzen (II)Bildung von Teilschmelzen (II)
Beim Aufsteigen von Magma aus dem Mantel an die Erdoberfläche verändert sich seine chemische
Zusammensetzung
(fraktionierte Kristallisation)
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Bildung von Teilschmelzen (III)Bildung von Teilschmelzen (III)
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Die ozeanische LithosphäreDie ozeanische Lithosphäre
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Die ozeanische LithosphäreDie ozeanische Lithosphäre
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
Wie kann man die Zusammensetzung der Erde bestimmen ??
VL Geodynamik & Tektonik, WS 0809
ZusammenfassungZusammenfassung
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.
12.11.2008
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.
Recommended