X-Diskontinuität

Von der X-Diskontinuität (auch: 300-km-Diskontinuität) wurde Anfang der 1990er Jahre erstmals berichtet.<ref name="revenaugh">Revenaugh, J. & Jordan, T. H., 1991: Mantle layering from ScS reverbarations 3. The upper mantle. In: Journal of Geophysical Research, Vol. 96, pp. 19781–19810</ref> Sie stellte sich bislang als eine regional sehr beschränkte seismologische Grenzschicht dar, die durch eine sprunghafte Veränderung der seismischen Geschwindigkeiten definiert ist. Sie wurde in Tiefen zwischen 250 und 350 km beobachtet.

Zur Erklärung ihres Auftretens wurden in der Fachliteratur verschiedene mineralogische Hintergründe diskutiert, so etwa die Phasentransformation zu einem stark wasserhaltigen dichten Magnesium-Silikat („hydrous phase A“)<ref name="revenaugh" /> oder eine Umwandlung von orthorhombischen zu monoklinen Pyroxen.<ref>Woodland, A. B., 1998: The orthorhombic to high-P monoclinic phase transition in Mg-Fe pyroxenes: Can it produce a seismic discontinuity? In: Geophysical Research Letters, Vol. 25, pp. 1241–1244</ref> Beide Vorschläge erscheinen nach neueren Labormessungen als unrealistisch: Die wasserhaltige Phase erweist sich nur bis ca. 1.100 °C als stabil und dürfte demnach einzig in Subduktionszonen beobachtbar sein, während die Pyroxen-Umwandlung einen zu geringen Impedanzkontrast erzeugt und somit die beobachtete Geschwindigkeitsänderung nicht erklären kann.<ref name="williams">Wiliams, Q. & Revenaugh, J., 2005: Ancient subduction, mantle eclogite, and the 300 km seismic discontinuity. In: Geology, Vol. 33, pp. 1–4</ref>

Als alternative Erklärung gewinnt der Phasenübergang des SiO₂ von Coesit zu Stishovit an Bedeutung. Diese Umwandlung tritt Laborversuchen zufolge bei Drücken zwischen 8,5 und 11 GPa auf, was im Erdmantel bei Temperaturen in einem möglichen Schwankungsbereich von 1.050–1.500 °C einem Tiefenbereich von etwa 265 bis 310 km entspricht.<ref>Liu, J., Topor, L., Zhang J., Navrotsky, A. & Liebermann R.C., 1996: Calorimetric study of coesite-stishovite transformation and calculation of the phase boundary. In: Physics and Chemistry of Minerals, Vol. 23, pp. 11–16</ref> Die Phasentransformation ist mit einem hohen Anstieg der seismischen Geschwindigkeiten von mehr als 30 % in der Lage, die seismologischen Beobachtungen zu erklären.

Die anfangs sehr umstrittene Diskontinuität ist mittlerweile in mehreren Untersuchungen in verschiedenen Regionen der Erde entdeckt worden, die zum Teil recht unterschiedlichen tektonischen Gegebenheiten ausgesetzt sind.<ref name="williams" /> Ein unmittelbarer Zusammenhang zu bestimmten tektonischen Rahmenbedingungen ist damit weitgehend ausgeschlossen.

Einzelnachweise

Weitere Literatur

Revenaugh, J. & Sipkin, S. A., 1994: Mantle discontinuity structure beneath China. In: Journal of Geophysical Research, Vol. 99, pp. 21911–21927 (englisch)
Deuss, A. & Woodhouse, J. H., 2002: A systematic search for mantle discontinuties using SS-precursors. In: Geophysical Research Letters, Vol. 29, No. 8, doi:10.1029/2002GL014768 (englisch)
Stixrude, L. & Lithgow-Bertollini, C., 2005: Mineralogy and elasticity of the oceanic upper mantle: Origin of the low-velocity zone. In: Journal of Geophysical Research, Vol. 110, B03204, doi:10.1029/2004JB002965