Im Bereich einer Subduktionszone wird der Erdmantel oberhalb einer abtauchenden Platte mitbewegt. Dieser Mantelkeil fließt quasi „um die Ecke“ (corner-flow) in größere Tiefen, kühlt aber wegen der kalten subduzierten Platte gleichzeitig ab. Gesteine aus einem solchen Bereich des Erdmantels finden nur selten den Weg an die Erdoberfläche. Pyroxenite der UltenZone in den östlichen Alpen bieten daher ein natürliches Laboratorium für die Untersuchung von metamorphen Mineralreaktionen und der Deformation des Mantelkeils. Dabei ist das Deformationsverhalten des oberen Erdmantels grundsätzlich durch eine Vielzahl von Faktoren wie Temperatur, Druck, deviatorische Spannung, Mineralogie, Korngröße, Fluide/Schmelzen beeinflusst. In Zusammenarbeit mit Forschenden der Universität Mailand konnte das Zusammenspiel von Deformation und Mineralreaktionen näher untersucht werden [3]. Die Rheologie wird dabei maßRheologische Schwächung von Pyroxeniten im Erdmantel geblich von der Mineralneubildung und Korngrößenverkleinerung gesteuert und führte zu einer leichteren Verformbarkeit der Pyroxenite (Abb. 2). [3] Pellegrino, L., Menegon, L., Zanchetta, S., Langenhorst, F., Pollok, K., Tumiati, S., & Malaspina, N. (2021): Reaction-induced mantle weakening at high-pressure conditions: An example from garnet pyroxenites of Ulten Zone (Eastern Alps, N Italy). Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 126, e2021JB022584. Abb. 2. Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen (a – Hellfeld, b – Rasterbild) von Versetzungsstrukturen in deformierten Orthopyroxenen aus der Ulten-Zone in den Alpen. Minerale unter Hochdruck Einschläge von Meteoriten und Kometen haben die Entstehung und Entwicklung der Erde entscheidend beeinflusst. Dabei werden kurzzeitig extreme Druck- und Temperaturbedingungen erzeugt, die diagnostische Veränderungen in Mineralen zur Folge haben und so die Identifizierung vergangener Impakte ermöglichen. Durch die Erzeugung enormer Drücke in Diamantstempelzellen können einige dieser Veränderungen experimentell reproduziert werden (Abb. 3). Die hochintensiven Röntgenstrahlen von Synchrotronanlagen (z.B. DESY in Hamburg) ermöglichen sogar zeitaufgelöste Untersuchungen zur Entstehung und Verlauf von Phasenumwandlungen in Mineralen [4]. Beispielsweise konnten wir so die Bildung von SiO2-Glas oder des Hochdruckminerals Stishovit – beide Phasen sind auch für quarzhaltige Gesteine von Impaktkratern typisch – über die kristallographischen Änderungen von Quarz während Kompression und Dekompression genau beobachten. [4] Liermann, H.P., Konôpková, Z., Appel, K., Prescher, C., Schropp, A., Cerantola, V., Husband, R., McHardy, J., McMahon, M., McWilliams, R.S., Pépin, C.M., Mainberger, J., Roeper, M., Berghäuser, A., Damker, H., Talkovski, P., Foese, M., Kujala, N., Ball, O.B., Langenhorst, F. Otzen et al. (2021): Novel experimental setup for megahertz X-ray diffraction in a diamond anvil cell at the High Energy Density (HED) instrument of the European X-ray Free-Electron Laser (EuXFEL). Journal of Synchrotron Radiation, 28, 688-706. Abb. 3. Messplatz an der DESY-Beamline P02.2 in Hamburg. Die membrangesteuerte Diamantstempelzelle ist positioniert und wird in dynamischen Hochdruckexperimenten zeitlich aufgelöst vom Röntgenstrahl (rechts – Kollimator, links – Detektor) durchleuchtet. FORSCHUNG — 141
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