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Erdmantel

Umwelt- und Geophysik, seismologisch definierte Tiefenzone der Erde zwischen Erdkruste und Erdkern. Die Kruste-Mantel-Grenze (Mohorovicic-Diskontinuität) ist durch eine markante Zunahme mit der Tiefe in der Geschwindigkeit seismischer Kompressionswellen  v p von 6,8-7,3 km / s auf 7,9-8,3 km / s (Seismologie) sowie der Gesteinsdichte r von etwa 2900 auf 3300 kg / m3 gekennzeichnet. Die Kern-Mantel-Grenze unterhalb der D'' - Schicht ist durch eine sprunghafte Abnahme (mit der Tiefe) von  v p von etwa 13 km / s auf ca. 8 km / s bzw. durch das Verschwinden der Scherwellen bestimmt. Der oberste Teil des im wesentlichen aus Olivinen und Pyroxenen bestehenden Mantels wird aufgrund seiner relativ hohen Viskosität zusammen mit der Erdkruste als Lithosphäre bezeichnet. In der darunterliegenden Gutenberg-Zone (low velocity layer) zwischen 60 und 250 km Tiefe ist die Geschwindigkeit seismischer Wellen temperaturbedingt erniedrigt. Diese Zone kann als partielle Schmelze mit niederer Viskosität (Grössenordnung 1019-1021 Pa · s gegenüber 1023-1024 Pa · s im mittleren und unteren Mantel) interpretiert werden. Diese Asthenosphäre wird durch das duktile Verhalten ihres Mineralgefüges bei Spannungszuständen charakterisiert. In 410 km und 660 km Tiefe existieren zwei mehrere 10 km mächtige Bereiche mit anomaler seismischer Geschwindigkeitszunahme, die als Phasenumwandlungen gedeutet werden können: Laborexperimente lassen bei 410 km einen Übergang von Olivin in die Hochdruckphase mit Spinellstruktur, bei 660 km in die Eisen-Magnesium-Silicate Perowskit und Magnesiumwüstit ((Mg,Fe)SiO3) erkennen (Petrophysik).

Obwohl sich der Erdmantel bezüglich seismischer Wellen wie ein Festkörper verhält, finden im Erdmantel aufgrund der hohen Temperaturen und der dadurch reduzierten Viskosität langsam ablaufende (in der Grössenordnung cm / a), grossräumige Konvektionsbewegungen (Konvektion) statt. Neben ihrer Rolle beim Wärmetransport vom Kern zur Erdoberfläche (geothermische Energie), sind diese Prozesse ein wichtiger Bestandteil des Antriebsmotors globaltektonischer Vorgänge (Geodynamik).

Erdmantel: Durchschnittliche geochemische Zusammensetzung des Mantels.

Quelle der Tabelle: verändert nach Stacey, Frank, S.37

 

Anteil (Massenprozent)

SiO2

47,4

Al2O3

  2,9

FeO

10,3

MgO

34

CaO

  2,9

Na2O

  0,7

andere

  1,8

 

 

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