D″-Schicht

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Die D″-Schicht (sprich: „D-zwei-Strich-Schicht“) bildet den untersten Teil des unteren Erdmantels; sie stellt damit die Übergangszone zwischen diesem und dem (äußeren) Erdkern dar.

Beschaffenheit[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nach heutigem Kenntnisstand beträgt die Mächtigkeit dieser Schicht etwa 200 bis 300 km[1] und weist starke Schwankungen auf, wie mit seismologischen Verfahren untersucht wurde. Während der untere Mantel nach verbreiteten Modellvorstellungen weitgehend homogen ist, zeigt die D″-Schicht starke Heterogenitäten.[2] Der physikalische und mineralogische Charakter der D″-Schicht ist bislang weitgehend unverstanden, jedoch gibt es verschiedene Hypothesen, die sich teilweise ergänzen:

  • Eine Möglichkeit besteht darin, dass dort metallische und nichtmetallische Silikate existieren, die aus Reaktionen des Eisens aus dem flüssigen Kern mit dem Perowskit des unteren Mantels hervorgehen.[3]
  • Eine weitere Hypothese besagt, dass an dieser Grenzschicht die Reste subduzierter Lithosphärenplatten aufgestaut und angelagert werden.[4]
  • Im Jahr 2004 wurde eine Phasentransformation des Minerals Perowskit in eine Modifikation mit CaIr3-Struktur entdeckt. Diese wird seitdem als Post-Perowskit bezeichnet. Die Transformation findet bei Manteltemperaturen ab einem Druck von ca. 120 GPa statt, was recht gut der Tiefenlage der D"-Schicht entspricht und daher zur Erklärung komplexer Geschwindigkeitsstrukturen an der Kern-Mantel-Grenze in Betracht gezogen wird.[5]

Die D″-Schicht ist charakterisiert durch eine Abnahme der seismischen Geschwindigkeiten, die auf eine exponentielle Abnahme der Temperatur nach außen hin hinweist.[6] Man bezeichnet die D″-Schicht daher auch als thermische Grenzschicht. Eine solche thermische Grenzschicht ist Voraussetzung für die Entstehung von Instabilitäten, aus denen Aufströmungen heißen Materials hervorgehen können, den sogenannten Mantelplumes.[7]

Namensgebung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Bezeichnung D″-Schicht geht auf eine frühere Nomenklatur des Erdaufbaus nach Keith Edward Bullen zurück, welche die ersten Buchstaben des Alphabets für die Erdschichten verwendete. Danach bezeichnete der Buchstabe D den gesamten unteren Erdmantel. Nach der Entdeckung der Übergangszone wurde diese Schicht unterteilt in D′ und D″.[7]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. P. Keary & F.J. Vine: Global Tectonics, 2. Aufl., Blackwell Science, Oxford 1990, ISBN 0-86542-924-3
  2. M. Sylvander, B. Ponce & A. Souriau: Seismic velocities at the core-mantle boundary inferred from P waves diffracted at the core, 1997, Phys. Earth Planet. Int., Vol. 101, S. 189-202
  3. T. Kito, F. Krüger & H. Negishi: Seismic heterogeneous structure in the lowermost mantle beneath the southwestern Pacific, 2004, J. Geophys. Res., Vol 109, B09304, doi:10.1029/2003JB002677.
  4. X. Ding & D.V. Helmberger: Modelling D" structure beneath Central America with broadband seismic data, 1997, Phys. Eart Planet. Int., Vol. 101, S. 245-270
  5. S.-H. Shim, T.S. Duffy, Raymond Jeanloz & G. Shen: Stability and crystal structure of MgSiO3 perovskite to the core-mantle boundary, 2004, Geophy. Res. Lett., Vol 31, L10603, doi:10.1029/2004GL019639.
  6. Klaus Strobach: Unser Planet Erde: Ursprung und Dynamik, Gebr. Borntraeger, Berlin, Stuttgart 1991, ISBN 3-443-01028-8
  7. a b Frank D. Stacey: Physics of the Earth, 3. Aufl., Brookfield Press, Brisbane 1992, ISBN 0-646-09091-7