• SCIENCE, April 1991, by H. Kirby,

William B. Durham and Laura A. Stern

Mantle Phase Changes and Deep-Earthquake Faulting in Subducting

Lithosphere

Gliederung:

1. Allgemeine Erläuterungen

2. Model - Transformational Faulting in Ice

3. Phasenübergang Olivin → Spinel

4. Auswirkungen der Phasenumwandlung

5. Fragen?!

1. Allgemeine Erläuterungen• Kalte Lithosphäre „schiebt“ sich unter andere Lithosphäre P und T steigen

• 80 – 120 km³ Lithosphäre werden pro Jahr subduziert

• Auftreten von Diskontinuitäten der seismischen

Geschwindigkeiten in 400, 520 und 670 km

• keine gemessenen Erdbeben unterhalb von ca. 680km

• absteigende Lithosphäre ist ein schlechter thermischer Leiter

Platte kann während aktiver Subduktion über Mio. Jahre kalt bleiben

und wärm sich nur langsam auf,

• oft 1000°C kälter als umgebende Lithosphäre

Phasenumwandlungen tiefer als im umgebenden Mantel

2. Model – Tranformational Faulting in Ice

• Phasentransformation von Eis I -> Eis II

• Eis II hat eine größere Dichte als Eis I

-> es kommt zur Volumenverringerung von ca. 20%,

bei T = 195K und einem P = 173 Mpa

• aufgetretene Phänomene : - Bulktransformation (homogene Transf.)

- Tranformational Faulting (heterogene Transf.)

Weitere Reaktionen bei denen sich die Dichte erhöht :

Tremolit -> Diopsid + (Talk)

Olivingermanat -> Olivingermanat -> Olivingermanat

Calzit -> Aragonit

Quarz -> Coesit

Albit -> Jadeit + Quarz

- - - postulierte Grenze zw. Bulktransf. Und Transf. Faulting

1: ->, 2: ->, 3: -> (Olivin), 4: -> Fayalit

5: ->Mw + Pv

a: EisI->EisII, b: -> Olivingermanat, c: Calzit->Aragonit,

d: -Quarz->Coesit, e: Albit->Jadeit + Quarz

3. Phasenübergang Olivin -> Spinel

• Ab ca. 400km Umwandlung Olivin -> Spinel

• Umwandlungsarten: ->

-> ->

• zw. 400 und 670km hauptsächlich Spinelanteil

• ab 670 km Umwandlung von Spinel zu

Perowskit und Magnesiowüstit

Phasendiagramm

4. Auswirkungen der Phasenumwandlung

• Spinelkeime bzw. Linsen entstehen (starke Verdichtungen)

• Spinelkeime lagern sich an Olivinkernen anund wachsen dort

• hohe Temp. begünstigen Wachstum

• bei Umwandlung wird Wärme frei, die wiederum die Reaktion antreibt

• beim Übergang nimmt Kristallgröße ab

• Spinelllinsen lagern sich aneinander

• durch Volumenkontraktion entsteht eine Art Korngrenzengleiten: „Verflüssigung“

• durch vollständige „Verflüssigung“

Verschiebung

Erdbeben

5. Fragen?!