Bewertung des Aspektverhältnisses von Ferroperiklas unter Bedingungen des unteren Mantels

• Antragsteller: Professor Dr. Tomoo Katsura
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449701262

Die Rheologie des unteren Erdmantels ist der Schlüssel zum Verständnis der Dynamik und Entwicklung der Erde. Der untere Mantel besteht aus Bridgmanit (Brg) mit geringeren Mengen an Ferroperiklas (fPc). Die Frage, welche Phase die Rheologie des unteren Mantels steuert, ist wesentlich, da fPc 2 ~ 3 Größenordnungen weniger viskos als Brg ist. Wenn fPc-Körner isoliert sind, steuert Brg die Viskosität des unteren Mantels. Wenn fPc-Körner miteinander verbunden sind, steuert fPc die Viskosität des unteren Mantels trotz des geringen Anteils dieser Phase. Die Interkonnektivität von fPc tritt auf, wenn die fPc-Körner strak gelängt werden. Große Gesamtverformungen auf geologischen Zeitskalen sollten längliche Körner erzeugen. Dieses Argument berücksichtigt jedoch nicht, dass Körner im Laufe der Zeit rund werden, um die Oberflächenenergie zu verringern. Es wird erwartet, dass die Rundung aufgrund der Minimierung der Oberflächenenergie die Kornlängung unter den Bedingungen mit extrem niedriger Dehnungsrate im unteren Mantel überwinden sollte. In diesem Projekt werden wir die Kornlängung von fPc bei einer bestimmten Dehnungsrate unter den physikalischen Bedingungen des unteren Mantels analysieren, um die erforderlichen Daten zur Vorhersage der effektiven Viskosität des unteren Mantels durch numerische Modellierung bereitzustellen.Die Proben werden mithilfe eines neu entwickelten Verformungsaufbaus mit abgestuften Diamantstempeln bei einem Druck von 23 GPa und einer Temperatur von 2000 K in einer konventionellen Vielstempelpresse verformt, um fPc-Körner zu deformieren. Die fPc-Korndimensionen in den deformierten Proben werden unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops gemessen. Aus dem fPc-Achsenverhältnis und der Volumenverformung wird die Dehnungsrate der Körner als Funktion der Verformungsrate erhalten. Proben mit länglichen fPc-Körnern werden dann unter quasi-hydrostatischen Bedingungen bei Drücken von 23, 38 und 53 GPa und Temperaturen von 1800, 2100 und 2400 K für die Dauer von 3 und 30 Stunden unter Verwendung einer Ultrahochdruck-Vielstempelpresse getempert. Die fPc-Kornachsenverhältnisse der getemperten Proben werden dann erneut unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops gemessen. Um den Beitrag von Versetzungs- und Diffusionskriechen zur Rundung zu bewerten, wird die Versetzungsdichte durch Transmissionselektronenmikroskopie bestimmt. Der Rundungsgrad wird gemäß den Achsenverhältnissen vor und nach dem Tempern, der Glühdauer, der Versetzungsdichte, dem Druck und der Temperatur formuliert. Basierend auf diesen Informationen werden wir schließlich das fPc-Kornachsenverhältnis unter Bedingungen des unteren Erdmantels bewerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen