Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

Abb.4.53:Scher- und adiabatisches Kompressionsmodul G und K S von Gahnit,
Franklinit und Magnetit als Funktion des Druckes.
Shear and adiabatic bulk modulus G und K S as a function of pressure of gahnite,
franklinte and magnetite.
In den Abbildungen wird deutlich, dass C 44 von Gahnit
eine (geringe) positive Druckabhängigkeit besitzt, während
dC 44/dP von Franklinit negativ ist. Eine ähnlich negative
Steigung von C 44 wurde bei Magnetit festgestellt.
Diese Befunde deuten darauf hin, dass Gahnit bis zu sehr
hohen Drücken keinen Phasenübergang durchläuft, was
experimentell (Levy et al., 2001) bestätigt wurde. Demgegenüber
lässt die negative C 44-Druckabhängigkeit von
Franklinit eine Phasentransformation bei höheren Drücken
vermuten, ähnlich wie bei Magnetit. Auch dies ist
experimentell nachgewiesen worden (Levy et al., 2000).
Die Auswirkungen von Zink bzw. Eisen auf die Druckabhängigkeit
der Scher- und adiabatischen Kompressionsmoduli
(G bzw. K S) sind in Abb. 4.53 dargestellt
(Scher- und Kompressionsmoduli
sind Volumeneigenschaften, hängen
Abb. 4.54: Die seismische Geschwindigkeit
V Φ = (K S/ρ) 1/2 als Funktion der Dichte
für Minerale mit Spinellstruktur. Minerale
mit zwei Übergangselementen auf
den Kationenplätzen zeigen eine deutliche
stärkere Dichteabhängigkeit als solche
mit nur einem oder keinem Übergangselement.
Die gestrichelte Linie ist
ein linearer Fit an die Datenpunkte von
FeCrO 2, Fe 3O 4, ZnCr 2O 4 und ZnFe 2O 4.
Die durchgezogen Linie ist ein linearer
Fit an die übrigen Datenpunkte.
The seismic velocity as a function of density
for spinel structures. Minerals with
two transition elements on the cation sites
exhibit a significant higher density
dependence than those wit only one or no
transition elements. The dashed line is a
linear fit to the data of FeCrO 2, Fe 3O 4,
ZnCr 2O 4 and ZnFe 2O 4. The solid line is a
linear fit to the remaining data.
Birchs Regel
also nicht von der Orientierung der
Kristalle ab).
Das Mineral Gahnit besitzt ein etwa 22 %
größeres Kompressionsmodul K S und ein
ca. 40 % größeres Schermodul G als Franklinit
und Magnetit. Wie in Abb. 4.53
ersichtlich, sind die Steigungen des Kompressionsmoduls
dK S/dP von Gahnit,
Franklinit und Magnetit etwa gleich groß,
während dG/dP von Magnetit und Franklinit
kleiner ist als das von Gahnit. Das
Vorhandensein von 3-d Elementen auf beiden
Kationenplätzen hat einen ungleich
größeren Einfluss auf das Schermodul als
auf das Kompressionsmodul, was Auswirkungen
auf die seismischen Profile des
Erdmantels haben kann. Dies macht
wiederum deutlich, wie wichtig es ist, die
elastischen Eigenschaften von Mineralen,
die Übergangselemente enthalten, als
Funktion des Druckes zu untersuchen.
Birch (1961a, b) schlug vor, dass die seismische
Geschwindigkeit V Φ = (K S/ρ)1/2 (ρ = Dichte) von Mineralen
mit gleicher Struktur eine negative Dichteabhängigkeit
zeigt. In Abb. 4.54 ist für eine Reihe von Mineralen
mit Spinellstruktur V Φ als Funktion der Dichte aufgetragen.
Die Daten zeigen deutlich, dass Spinelle mit keinem
oder nur einem Übergangselement auf dem Kationenplatz
eine negative lineare Dichteabhängigkeit besitzen. Minerale
mit zwei 3-d Elementen jedoch folgen nicht diesem
Trend, sondern zeigen eine deutlich höhere Dichteabhängigkeit.
Dies liegt zum Teil daran, dass die Coulomb-
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