Die Rolle leichter Elemente an der Kern-Mantel Grenze - Partitionierung, Entmischung und Transport

• Antragsteller: Professor Dr. Ronald Redmer; Dr. Gerd Steinle-Neumann
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521548786

Das mögliche Vorhandensein einer stagnierenden Schicht unterhalb der Kern-Mantel-Grenze wirft eine Reihe von wichtigen geophysikalischen und geochemischen Fragen für die tiefe Erde auf. In dem vorgeschlagenen Projekt wollen wir erforschen, ob diese Schicht auf eine besondere chemische Zusammensetzung zurückzuführen ist, d. h. auf die Anhäufung leichter Elemente, die ursprünglich bei höheren Temperaturen während der Kernentmischung in den Kern gebracht wurden. Zu diesem Zweck werden wir ab-initio Simulationen zu verschiedenen Aspekten durchführen, die zur Bildung und Stabilität einer solchen mit leichten Elementen angereicherten Schicht führen können, und dynamisch wichtige physikalische Eigenschaften dieser Schicht bestimmen. Für Projekte zum Geodynamo und der thermischen Entwicklung der Erde in anderen Projekten, die im Rahmen des Schwerpunktprogramms vorgeschlagen werden, sind Dichte, Viskosität und Wärmeleitfähigkeit von Bedeutung. Wir haben eine Zusammenarbeit mit zwei anderen Projekten vereinbart, Wicht und Zhu für den Geodynamo und Tosi et al. für Simulationen zur thermischen Entwicklung. Als zusätzliche treibende Kraft für den Geodynamo, insbesondere in der jungen Erde, werden wir die mögliche Entmischung von SiO2 aus der ursprünglichen Kernzusammensetzung untersuchen. In einem geochemischen Kontext werden wir den Transport von leichten Elementen in den Kern während seiner Bildung durch Gleichgewicht zwischen dem Magmaozean und dem absinkenden flüssigen Metall sowie das Gleichgewicht zwischen der chemischen Grenzschicht mit dem darüber liegenden Mantel untersuchen. Methodisch werden wir großskalige Molekulardynamiksimulationen unter Verwendung von Dichtefunktionaltheorie und Machine Learning durchführen sowie thermodynamische Potenziale von möglichen Reaktionsprodukten berechnen, um die Verteilung von leichten Elementen zwischen flüssigen Eisenlegierungen (dem Kern) und festen (dem Mantel) und flüssigen Silikaten (dem Magmaozean) bei hohen Drücken und Temperaturen quantitativ zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2404: Rekonstruktion der Dynamik des tiefen Erdinnern über geologische Zeiträume (DeepDyn)
• Mitverantwortliche: Dr. Nicola Tosi; Dr. Johannes Wicht