SCIENCE, April 1991, by H. Kirby, William B. Durham and Laura A. Stern Mantle Phase Changes and...
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• SCIENCE, April 1991, by H. Kirby,
William B. Durham and Laura A. Stern
Mantle Phase Changes and Deep-Earthquake Faulting in Subducting
Lithosphere
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Gliederung:
1. Allgemeine Erläuterungen
2. Model - Transformational Faulting in Ice
3. Phasenübergang Olivin → Spinel
4. Auswirkungen der Phasenumwandlung
5. Fragen?!
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1. Allgemeine Erläuterungen• Kalte Lithosphäre „schiebt“ sich unter andere Lithosphäre P und T steigen
• 80 – 120 km³ Lithosphäre werden pro Jahr subduziert
• Auftreten von Diskontinuitäten der seismischen
Geschwindigkeiten in 400, 520 und 670 km
• keine gemessenen Erdbeben unterhalb von ca. 680km
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• absteigende Lithosphäre ist ein schlechter thermischer Leiter
Platte kann während aktiver Subduktion über Mio. Jahre kalt bleiben
und wärm sich nur langsam auf,
• oft 1000°C kälter als umgebende Lithosphäre
Phasenumwandlungen tiefer als im umgebenden Mantel
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2. Model – Tranformational Faulting in Ice
• Phasentransformation von Eis I -> Eis II
• Eis II hat eine größere Dichte als Eis I
-> es kommt zur Volumenverringerung von ca. 20%,
bei T = 195K und einem P = 173 Mpa
• aufgetretene Phänomene : - Bulktransformation (homogene Transf.)
- Tranformational Faulting (heterogene Transf.)
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Weitere Reaktionen bei denen sich die Dichte erhöht :
Tremolit -> Diopsid + (Talk)
Olivingermanat -> Olivingermanat -> Olivingermanat
Calzit -> Aragonit
Quarz -> Coesit
Albit -> Jadeit + Quarz
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- - - postulierte Grenze zw. Bulktransf. Und Transf. Faulting
1: ->, 2: ->, 3: -> (Olivin), 4: -> Fayalit
5: ->Mw + Pv
a: EisI->EisII, b: -> Olivingermanat, c: Calzit->Aragonit,
d: -Quarz->Coesit, e: Albit->Jadeit + Quarz
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3. Phasenübergang Olivin -> Spinel
• Ab ca. 400km Umwandlung Olivin -> Spinel
• Umwandlungsarten: ->
-> ->
• zw. 400 und 670km hauptsächlich Spinelanteil
• ab 670 km Umwandlung von Spinel zu
Perowskit und Magnesiowüstit
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Phasendiagramm
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4. Auswirkungen der Phasenumwandlung
• Spinelkeime bzw. Linsen entstehen (starke Verdichtungen)
• Spinelkeime lagern sich an Olivinkernen anund wachsen dort
• hohe Temp. begünstigen Wachstum
• bei Umwandlung wird Wärme frei, die wiederum die Reaktion antreibt
• beim Übergang nimmt Kristallgröße ab
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• Spinelllinsen lagern sich aneinander
• durch Volumenkontraktion entsteht eine Art Korngrenzengleiten: „Verflüssigung“
• durch vollständige „Verflüssigung“
Verschiebung
Erdbeben
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5. Fragen?!