Eine Weltpremiere bei der Beobachtung der Deformation des Gesteins im Erdmantel

Zum ersten Mal konnten Forscher im Labor die durch die Felsen des Erdmantels hervorgerufenen Deformationen reproduzieren, die sich unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen vollziehen, so wie sie auch im Erdmantel bei einer Tiefe von 700 Kilometern (ein Weltrekord!) herrschen. Diese Zusammenarbeit von Forschern des französischen Labors für Strukturen und Eigenschaften der Festkörper (Universität Lille), der Universität Bayreuth und der Universität Budapest wurde im renommierten Fachjournal „Nature“ veröffentlicht.

Der tiefe Erdmantel (bis 2900 km Tiefe) besteht zu 80% aus einem (Mg, Fe) SiO3 Silicat. Dieses Silicat hat die sogenannte „Perowskit“ Kristallstruktur. In situ erreicht die Temperatur mehrere Tausend Grad und der Druck liegt um mehrere Millionen höher als der atmosphärische Druck. Die Erde evakuiert ihre innere Hitze durch breite, langsame Konvektionsbewegungen ihres Mantels, die unter anderem zur Deformierung des Silicats führen.

Um die Deformationen der Perowskit zu verstehen, muss man diese extremen physikalischen Bedingungen im Labor reproduzieren. Die Nutzung der herkömmlichen Technik der Elektronmikroskopie ist in diesem Falle unmöglich, da diese Technik Störungen der zerbrechlichen Kristalle verursacht, die dann zur Verglasung (Gasbildung) neigen. Das Forscherteam nutzte eine Mehramboßdruckpresse, die es ermöglichte, eine Temperatur von 1400 °C und einen Druck von 25 GPa (das 250.000fache des atmosphärischen Drucks) zu erreichen. Dies sind die gleichen Bedingungen wie 700 km unter dem Erdboden. Die Forscher adaptierten dann eine Röntgenanalysetechnik der Metallurgie, um die von den extremen physikalischen Bedingungen verursachten Deformationsmikrostrukturen zu beobachten. Das Ergebnis: Perowskitkristalle sind tatsächlich fähig unter diesen Umständen plastisch deformiert zu werden, und die Deformierungen sind wie die Kristalldefekte (Fehlordnungen) orientiert.

Diese Arbeit kann deshalb eine frische Analyse der seismischen Daten ermöglichen und zum besseren Verständnis der Bewegungen des Erdmantels beitragen.

Kontakt:
Patrick Cordier Laboratoire de Structures et Propriétés de l’Etat Solide
CNRS – Université de Lille I), UMR 8008
Université des Sciences et Technologies de Lille, Bâtiment C6
59655 Villeneuve d’Ascq , Frankreich
Email: Patrick.Cordier@univ-lille1.fr