Elektrische Leitfähigkeitsmessungen an Phasen des unteren Erdmantels zur Bestimmung der Strukturen an der Kern-Mantel-Grenze

• Antragstellerin: Professorin Dr. Carmen Sanchez-Valle, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521546172

Die Bestimmung der komplexen Struktur und Dynamik der Kern-Mantel-Grenze (CMB) ist für das Verständnis der thermischen und chemischen Entwicklung des Erdinneren von entscheidender Bedeutung. Dies ist eine zeitige und anspruchsvolle Aufgabe, welche konzertierte Anstrengungen verschiedener Disziplinen wie Mineralphysik, Seismologie und Geodynamik erfordert. Seismische Beobachtungen liefern Hinweise für eine Reihe von Anomalien niedriger Geschwindigkeiten, die mit Strukturen unterschiedlicher Längenskalen verbunden sind, darunter die so genannten großen Provinzen mit niedrigen Geschwindigkeiten (LLVPs) und die Zonen mit extrem niedrigen Geschwindigkeiten (ULVZs). Der Ursprung dieser Strukturen ist bis heute nur unzureichend geklärt, obwohl es sich wahrscheinlich um thermische und chemische Heterogenitäten handelt. Da jedoch Temperatur und Zusammensetzung stark voneinander abhängen, können seismische Geschwindigkeitsanomalien allein die thermochemische 3D-Struktur des Mantels nicht auflösen. Ein vielversprechender Ansatz besteht darin, die zunehmende räumliche Auflösung der Beobachtungen der elektrischen Leitfähigkeit zu nutzen, die zusätzliche und unabhängige Anhaltspunkte für die thermochemische Struktur des Mantels liefern kann. Versuche, die Beobachtungen der elektrischen Leitfähigkeit in thermochemische Modelle zu übertragen, wurden jedoch weitgehend durch den Mangel an experimentellen Daten über die elektrische Leitfähigkeit der Hauptphasen bei relevanten Druck- (P) und Temperaturbedingungen (T) behindert. Ziel dieses Projekts ist es daher, diese Wissenslücke zu schließen, indem einzigartige Daten über die elektrische Leitfähigkeit eisenreicher Phasen des unteren Mantels und mineralischer Assemblagen, die durch Kern-Mantel-Wechselwirkungen unter CMB-Bedingungen entstehen, bestimmt werden. Dies soll durch eine Kombination aus modernsten Experimenten mit laserbeheizten Diamantstempelzellen (LH-DAC), Synchrotron-Röntgenmessungen und fortschrittlicher mikroanalytischer Charakterisierung der gewonnenen Proben erreicht werden. Die neuen experimentellen Daten werden zur Parametrisierung der Druck-, Temperatur- und Zusammensetzungsabhängigkeit (z. B. Eisenanteile) der elektrischen Leitfähigkeit von Phasen des unteren Erdmantels, und zur Erstellung einer frei zugänglichen Datenbank zur elektrischen Leitfähigkeit verwendet, um die Forschung innerhalb des SPP DeepDyn und der gesamten geowissenschaftlichen Gemeinschaft zu unterstützen. Die Vorwärtsmodellierung der elektrischen Leitfähigkeit des unteren Mantels in thermischen/thermochemischen Modellen und ihre Gegenüberstellung mit Beobachtungen der elektrischen Leitfähigkeit, werden neue Erkenntnisse über den thermochemischen Zustand der Strukturen des unteren Mantels und ihre Verbindung zu Anomalien der elektrischen Leitfähigkeit liefern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2404: Rekonstruktion der Dynamik des tiefen Erdinnern über geologische Zeiträume (DeepDyn)
• Internationaler Bezug: Taiwan, Tschechische Republik
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Frédéric Deschamps, Ph.D.; Dr. Jakub Velimsky