Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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Abb. 4.51: (a) Interferenzspektrum von Transversalwellen für Gahnit bei 8 GPa. (b) Bestimmung der Laufzeit.
(a) Interference pattern of transversal sound waves for gahnite at 8 GPa. (b) Determination of round trip travel time
for gahnite at 8 GPa.
auf die Probe. Aus der Überlagerung der an der Vorderund
Rückseite der Probe reflektierten Schallwellen ergibt
sich in Interferenzspektrum, aus dem die Laufzeit der
hochfrequenten Wellen in der Probe berechnet werden
kann. In Abb. 4.51a und b sind eine Interferenzkurve und
die daraus berechnete Laufzeit der Schallwellen für Gahnit
bei 8 GPa dargestellt.
Spinelle
Oxide mit Spinellstruktur bilden einen wichtigen Bestandteil
im oberen Erdmantel sowie im unteren Bereich der
Übergangszone (‚γ-Spinell’). Die Kenntnis der Abhängigkeit
der Schallwellengeschwindigkeit von der chemischen
Zusammensetzung bei Spinellen ist somit entscheidend
für das Verständnis des elastischen Verhaltens
des oberen Erdmantels. Messungen an Granaten und Olivinen
(Chen et al., 1996) oder an Magnesiowüstit (Jacobsen
et al., 2002; Reichmann et al., 2000) zeigten eine deut-
liche Abnahme der Geschwindigkeiten mit zunehmendem
Eisenanteil. Es ist nun von besonderem Interesse, wie sich
das Vorhandensein der Übergangselemente wie Eisen und
Zink auf die elastischen Eigenschaften von Mineralen mit
Spinellstruktur auswirkt. Wir haben deshalb die Schallgeschwindigkeiten
der Spinelle Gahnit (ZnAl 2O 4) (Reichmann
and Jacobsen, 2005) sowie Franklinit (ZnFe 2O 4)
mittels Gigahertz (GHz)-Ultraschallinterferometrie untersucht.
Im Fall von Gahnit sitzt Zink auf der tetraedrischen
Position während Franklinit Zink und Eisen auf dem
tetraedrischen bzw. oktaedrischen Gitterplatz aufweist.
In Abb. 4.52a und b sind die elastischen Einkristallkonstanten
C 11 = ρ (V P [100] ) 2 , C44 = ρ (V S [100] ) 2 und 1/3(C11 + 4C 44
+ 2C 12) = ρ (V P [111] ) 2 von Gahnit und Franklinit erstmalig
als Funktion des Druckes dargestellt. Es sind ρ Dichte und
V P [100] , VP [111] und VS [100] longitudinale Schallwellengeschwindigkeiten
in [100] und [111] sowie die transversale
Geschwindigkeit in [100] Richtung.
Abb. 4.52: Die elastischen Einkristallkonstanten C ij von Gahnit und Franklinit als Funktion des Druckes.
The elastic single crystal constants C ij of gahnite and franklinite as function of pressure.
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam