Einfluss der Erdrotation auf die Differenzierung eines terrestrischen Magma-Ozeans

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Hansen
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276785248

In einer späteren Phase der Akkretion kam es auf der Erde zu einem oder mehreren Einschlägen von etwa marsgroßen Körpern. Diese Einschläge führten zur Bildung von einem oder mehreren tiefen Magma-Ozeanen, die sich über die gesamte Erdoberfläche erstreckten. Die Kristallisation eines solchen Magma-Ozeans ist von fundamentaler Bedeutung für die chemische Struktur der Erde sowie für den Beginn von Plattentektonik. Aufgrund der zu dieser Zeit starken Erdrotation und der niedrigen Viskosität des Magmas besaßen Rotationskräfte wahrscheinlich einen großen Einfluss auf Differenzierungsprozesse der frühen Erde. Nahezu alle bisherigen Studien zu diesem Thema vernachlässigen jedoch den Effekt der Rotation. In unseren vorausgehenden Studien in einem Einheitswürfel konnten wir zeigen, dass Rotation einen wichtigen Einfluss auf die Dynamik eines terrestrischen Magma-Ozeans besitzt. Nach unserem Kenntnisstand existiert zurzeit kein vergleichbares Modell, das es erlaubt Rotationskräfte bei der Kristallisation eines terrestrischen Magma-Ozeans zu berücksichtigen.Im Rahmen dieses Antrags planen wir, das von uns entwickelte Modell auf eine realistischere sphärische Geometrie zu erweitern, um den Einfluss von Rotation auf die Kristallisation eines terrestrischen Magma-Ozeans in einer Kugelschale zu untersuchen. Weiterhin werden wir eine für den Magma-Ozean relevante Rheologie und die Interaktion zwischen verschiedenen Mineralphasen untersuchen. Der Einfluss von verschiedenen Atmosphären an der Oberfläche des rotierenden und stark konvektierenden Magma-Ozeans ist ein weiterer wichtiger Aspekt, den wir durch die Verwendung von verschiedenen Randbedingungen an der Oberfläche berücksichtigen werden. Unserem Wissen nach wurden vergleichbare Experimente bisher von keiner anderen Arbeitsgruppe durchgeführt.Wir glauben, dass durch die geplanten Experimente fundamental neue Erkenntnisse im Bereich der Differenzierung eines terrestrischen Magma-Ozeans gewonnen werden können und wir zu einem besseren Verständnis der Entstehung von chemischen Reservoirs beitragen werden. Insbesondere planen wir, die Herkunft, Verteilung und das Überleben von großen Zonen langsamer seismischer Geschwindigkeit, die sogenannten LLSVPs (large low shear velocity zones) an der Kern-Mantel Grenze zu untersuchen. Diese Strukturen sind von besonderer Bedeutung für den Beginn und die Entwicklung von Plattentektonik sowie für die zeitliche Entwicklung des Erdmagnetfeldes. Folglich sind diese Strukturen eng mit der Entstehung einer habitablen Erde verbunden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1833: Building a Habitable Earth