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Metall/Silikat-Verteilungsverhalten von Nickel und Kobalt in Abhängigkeit von Druck und Temperatur: Implikationen für planetare Differentiationsprozesse.
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Kegler, Philip |
| Copyright Year | 2006 |
| Abstract | Die Erde, der Mond und die anderen terrestrischen Planeten haben einen eisen-nickelreichen, metallischen Kern, der sich in der Fruhphase der Geschichte dieser Planeten von der Silikat-phase, die heute den Mantel bildet, abgetrennt hat. Diese Metall/Silikat-Trennung ist eine der umwalzensten Ereignisse in der Geschichte der terrestrischen Planeten. Umso erstaunlicher ist es, dass die Prozesse, die zur Kernbildung gefuhrt, und die Bedingungen, die bei der Kernbil-dung geherrscht haben, bis heute noch nicht vollstandig verstanden sind. Als Schlussel zum Verstandnis des Kernbildungsprozesses werden die siderophilen (eisenliebenden) Elemente (z.B. Ni, Co, Ge, PGE´s) angesehen. Herrscht chemisches Gleichgewicht zwischen einer Metall- und einer Silikatphase, wandern die siderophilen Elemente bevorzugt in die Metallphase was zu ihrer Verarmung in der Silikatphase fuhrt. Die Affinitat eines Elements zur Metallphase wird mit dem Metall/Silikat-Verteilungskoeffizienten (Dmet/Sil), dem Quotienten aus der Konzentration des untersuchten Elementes in der Metallphase und der Konzentration des untersuchten Elements in der Silikatphase, ausgedruckt. Vergleicht man die aus den experimentell ermittelten Metall/Silikat-Verteilungskoeffizienten (1 atm., 1600 °C und eine Sauerstofffugazitat 2.3 logarithmische Einheiten unterhalb der des Eisen-Wustit-Puffers) errechneten Konzentrationen der siderophilen Elemente mit den tatsachlichen Konzentrationen im Erdmantel, sieht man, dass die Konzentrationen der siderophilen Elemente im Erdmantel teilweise mehrere Grosenordnungen hoher als die errechneten liegen. Dieses Phanomen wird als siderophile Elementanomalie bezeichnet. Unter den siderophilen Elementen nehmen Nickel und Kobalt eine Sonderstellung ein, denn sie haben nicht nur eine hohere Konzentration im Erdmantel als erwartet, sondern sie weisen ein beinahe chondritisches Verhaltnis (~18.2) auf. Das chondritische Ni/Co-Verhaltnis im Erdmantel erklaren LI&AGEE (1996) durch eine verschieden starke Druckabhangigkeit der Verteilungskoeffizienten von Nickel und Kobalt. Bei einem Druck von ca. 28 GPa hatten Nickel und Kobalt die selben Verteilungskoeffizienten, was das chondritische Ni/Co-Verhaltnis erzeugen wurde. Dementsprechend erklaren LI&AGEE (1996) das chondritische Ni/Co-Verhaltnis durch Metall/Silikat-Gleichgewicht am Grund eines Magmaozeans. Durch dieses Modell konnen aber weder die absoluten Gehalte von Nickel und Kobalt erklart werden noch ist es moglich, anhand der beschriebenen Druckabhangigkeit zuruck zu den ex-perimentell ermittelten Verteilungskoeffizienten bei Atmospharendruck zu extrapolieren. Die Werte liegen mehr als eine halbe Grosenordnung hoher als die anhand der Druckabhangigkeit bestimmten. Zusatzlich beschreiben RUBIE ET AL. (2003), dass das Einstellen eines Metall/Silikat-Gleichgewichts am Grunde eines Magmaozeans 300- bis 800-mal langer dauert, als der Magmaozean zum kristallisieren braucht. Deshalb wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Versuche zur Bestimmung des druck- und temperaturabhangigen Metall/Silikat-Verteilungsverhaltens durchgefuhrt. Die Versuche wurden in vertikalen Gasmischofen, Stempelzylinderpressen und Vielstempelpressen bei Temperaturen zwischen 1300 und 2300 °C und in einem Druckbereich zwischen Atmospharendruck und 25 GPa durchgefuhrt. Dabei wurden silikatische Schmelzen mit Eisen, Nickel und Kobalt als reine Metallphasen sowie mit einer Fe54Ni29Co17-Legierung equilibriert. Die Versuche erlauben es, den Einfluss von Temperatur und Druck auf das Metall/Silikat-Verteilungsverhalten voneinander zu trennen und im Folgenden unabhangig voneinander betrachten zu konnen. Zusatzlich wurden in der Stempelzylinderpresse Versuche zum Metall/Silikat-Verteilungsverhalten von Germanium mit einer Ge75Fe25-Legierung und einer Si-likatschmelze basaltischer Zusammensetzung durchgefuhrt (0.5-3.5 GPa, 1400 und 1500 °C). Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen eine Anderung der Temperaturabhangigkeit der Metall/Silikat-Verteilungskoeffizienten von Nickel von einer starken Abhangigkeit in einem Druckbereich von Atmospharendruck bis 2.5 GPa zu einer schwachen Abhangigkeit bei Drucken ab 5 GPa. Der Metall/Silikat-Verteilungskoeffizient von Kobalt zeigt das gleiche, aber weniger stark ausgepragte Verhalten. Die genaue Kenntnis der Temperaturabhangigkeit erlaubt eine prazisere Betrachtung der Druckabhangigkeit. Die Druckanhangigkeit der Metall/Silikat-Verteilungskoeffizienten von Nickel und Kobalt zeigen eine Anderung von einer starken Druckabhangigkeit bei Drucken bis 3.5 GPa zu einer schwachen bei Drucken ab 5 GPa. Dies hat zur Folge, dass die Druckabhangigkeiten bei Drucken oberhalb 5 GPa nicht mehr konvergieren, wie von LI&AGEE beschrieben, sondern beinahe parallel verlaufen. Dass heist, dass das chondritische Ni/Co-Verhaltnis im Erdmantel nicht durch eine Uberkreuzung der Druckabhangigkeiten, also durch Metall/Silikat-Gleichgewicht am Boden eines Magmaozeans, erklart werden kann. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| DOI | 10.23689/fidgeo-129 |
| Alternate Webpage(s) | https://e-docs.geo-leo.de/bitstream/handle/11858/00-1735-0000-0001-3109-C/Kegler2006.pdf?isAllowed=y&sequence=1 |
| Alternate Webpage(s) | https://doi.org/10.23689/fidgeo-129 |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
