Planetarische Differenzierung – Enzyklopädie

Die Schichten der Erde, ein differenzierter Planetenkörper

In der Planetenkunde ist die planetarische Differenzierung der Vorgang der Trennung verschiedener Bestandteile eines Planetenkörpers als Folge ihres physikalischen oder chemischen Verhaltens. wo sich der Körper zu kompositorisch unterschiedlichen Schichten entwickelt; Die dichteren Materialien eines Planeten sinken in die Mitte, während weniger dichte Materialien an die Oberfläche steigen, im Allgemeinen in einem Magma-Ozean. Ein solcher Prozess neigt dazu, einen Kern und Mantel zu erzeugen. Manchmal bildet sich auf dem Mantel eine chemisch unterschiedliche Kruste. Der Prozess der planetarischen Differenzierung hat auf Planeten, Zwergplaneten, dem Asteroiden 4 Vesta und natürlichen Satelliten (wie dem Mond) stattgefunden.

Heizen [ Bearbeiten

Als sich die Sonne im Solarnebel entzündete, verdampften in der Umgebung Wasserstoff, Helium und andere flüchtige Stoffe. Der Sonnenwind und der Strahlungsdruck zwangen diese Materialien mit niedriger Dichte von der Sonne weg. Gesteine ​​und die Elemente, aus denen sie bestanden, wurden ihrer frühen Atmosphäre beraubt, [ aber sie blieben, um sich zu Protoplaneten anzusammeln.

Protoplaneten hatten zu Beginn ihrer Geschichte höhere Konzentrationen radioaktiver Elemente, deren Menge im Laufe der Zeit aufgrund des radioaktiven Zerfalls abgenommen hat. Das Erhitzen aufgrund von Radioaktivität, Stößen und Gravitationsdruck schmolz Teile von Protoplaneten, als sie zu Planeten heranwuchsen. In geschmolzenen Zonen konnten dichtere Materialien zur Mitte sinken, während leichtere Materialien zur Oberfläche aufstiegen. Die Zusammensetzungen einiger Meteoriten (Achondriten) zeigen, dass die Differenzierung auch bei einigen Asteroiden (z. B. Vesta) stattfand, die Elternkörper für Meteoroiden sind. Das kurzlebige radioaktive Isotop 26 Al war wahrscheinlich die Hauptwärmequelle. [1] [2]

Wenn Protoplaneten mehr Material anhäufen, werden die Aufprallenergie verursacht lokale Erwärmung. Zusätzlich zu dieser vorübergehenden Erwärmung erzeugt die Gravitationskraft in einem ausreichend großen Körper Drücke und Temperaturen, die ausreichen, um einige der Materialien zu schmelzen. Dies ermöglicht es chemischen Reaktionen und Dichteunterschieden, Materialien zu mischen und zu trennen, [ und weiche Materialien über die Oberfläche zu verteilen.

Auf der Erde ist ein großes Stück geschmolzenes Eisen dicht genug als kontinentales Krustenmaterial, um seinen Weg durch die Kruste zum Mantel hinunterzudrängen. Zitat erforderlich Im Außenbereich Sonnensystem ein ähnlicher Prozess kann stattfinden, aber mit leichteren Materialien: Sie können Kohlenwasserstoffe wie Methan, Wasser als Flüssigkeit oder Eis oder gefrorenes Kohlendioxid sein.

Chemische Differenzierung

Obwohl Schüttgüter nach ihrer Dichte nach außen oder innen differenzieren, fraktionieren die in ihnen chemisch gebundenen Elemente nach ihren chemischen Affinitäten, "die mitgeführt werden "durch reichlichere Materialien, mit denen sie verbunden sind. Obwohl das seltene Element Uran als reines Element sehr dicht ist, ist es als Spurenelement in der leichten, silikatreichen Erdkruste chemisch verträglicher. [ Zitat erforderlich als im dichten metallischen Kern.

Physikalische Differenzierung

Gravitationstrennung

Materialien mit hoher Dichte neigen dazu, durch leichtere Materialien zu sinken. Diese Tendenz wird durch die relativen Strukturfestigkeiten beeinflußt, jedoch wird diese Festigkeit bei Temperaturen verringert, bei denen beide Materialien plastisch oder geschmolzen sind. Eisen, das häufigste Element, das wahrscheinlich eine sehr dichte geschmolzene Metallphase bildet, tendiert dazu, sich im Inneren der Planeten zu sammeln. Damit wandern auch viele siderophile Elemente (d. H. Materialien, die sich leicht mit Eisen legieren lassen) nach unten. Jedoch machen nicht alle schweren Elemente diesen Übergang, da einige chalkophile schwere Elemente in Silicat- und Oxidverbindungen mit niedriger Dichte binden, die sich in der entgegengesetzten Richtung unterscheiden.

Die wichtigsten kompositorisch differenzierten Zonen in der festen Erde sind der sehr dichte eisenreiche Metallkern, der weniger dichte magnesiumsilikatreiche Mantel und die relativ dünne, leichte Kruste, die hauptsächlich aus Silikaten von Aluminium, Natrium, Calcium und Kalium besteht . Noch heller sind die wässrig-flüssige Hydrosphäre und die gasförmige, stickstoffreiche Atmosphäre.

Leichtere Materialien neigen dazu, durch Materialien mit höherer Dichte aufzusteigen. Dabei können sie kuppelförmige Formen annehmen, die als Diapire bezeichnet werden. Salzstöcke sind auf der Erde Salzdiapire in der Kruste, die sich durch umgebende Gesteine ​​erheben. Diapire geschmolzener Silikatgesteine ​​niedriger Dichte wie Granit sind in der oberen Erdkruste reichlich vorhanden. Der hydratisierte Serpentinit niedriger Dichte, der durch Veränderung des Mantelmaterials in Subduktionszonen gebildet wird, kann auch als Diapir an die Oberfläche gelangen. Andere Materialien tun dies ebenfalls: Ein Beispiel für niedrige Temperaturen in der Nähe der Oberfläche sind Schlammvulkane.

KREEP des Mondes

Auf dem Mond wurde ein charakteristisches Basaltmaterial mit hohem Gehalt an "inkompatiblen Elementen" wie Kalium, Seltenerdelementen und Phosphor und gefunden wird oft mit der Abkürzung KREEP bezeichnet. Es ist auch reich an Uran und Thorium. Diese Elemente sind [ nicht in den Hauptmineralien der Mondkruste enthalten, die aus ihrem ursprünglichen Magma-Ozean kristallisierten, und der KREEP-Basalt könnte als chemischer Unterschied zwischen ihnen eingeschlossen worden sein die Kruste und der Mantel, mit gelegentlichen Ausbrüchen an der Oberfläche.

Fraktioniertes Schmelzen und Kristallisieren

Magma in der Erde entsteht durch teilweises Schmelzen eines Quellgesteins, letztendlich im Erdmantel. Die Schmelze extrahiert einen großen Teil der "unverträglichen Elemente" aus ihrer Quelle, die in den Hauptmineralien nicht stabil sind. Wenn Magma über eine bestimmte Tiefe ansteigt, beginnen die gelösten Mineralien bei bestimmten Drücken und Temperaturen zu kristallisieren. Die resultierenden Feststoffe entfernen verschiedene Elemente aus der Schmelze und die Schmelze wird somit von diesen Elementen abgereichert. Die Untersuchung von Spurenelementen in magmatischen Gesteinen gibt uns Aufschluss darüber, welche Quelle wie viel geschmolzen hat, um ein Magma herzustellen, und welche Mineralien aus der Schmelze verloren gegangen sind.

Wärmediffusion Bearbeiten

Wenn das Material ungleichmäßig erhitzt wird, wandert leichteres Material in heißere Zonen und schweres Material in kältere Bereiche, die als Thermophorese, Thermomigration oder Thermophorese bezeichnet werden Soretischer Effekt. Dieser Prozess kann die Differenzierung in Magmakammern beeinflussen.

Differenzierung durch Kollision

Der Erdmond ist wahrscheinlich aus Material entstanden, das durch den Aufprall eines großen Körpers auf die frühe Erde in die Umlaufbahn gespritzt wurde. Zitierbedarf ] Die Differenzierung auf der Erde hatte wahrscheinlich bereits viele leichtere Materialien zur Oberfläche hin abgetrennt, so dass der Aufprall eine unverhältnismäßig große Menge an Silikatmaterial von der Erde entfernte und den größten Teil des dichten Metalls zurückließ. Die Dichte des Mondes ist aufgrund des Fehlens eines großen Eisenkerns wesentlich geringer als die der Erde. Zitat erforderlich

Dichteunterschiede auf der Erde Bearbeiten ]

Physikalische und chemische Differenzierungsprozesse führten auf der Erde zu einer Krustendichte von ca. 2700 kg / m 3 im Vergleich zu 3400 kg / m 3 Dichte der Komposition Unterschiedlicher Mantel direkt darunter, und die durchschnittliche Dichte des gesamten Planeten beträgt 5515 kg / m 3 .

Theorien der Kernbildung

Siehe auch

  1. ^ de Pater, I., and Lissauer, JJ 2001. Planetary Sciences, Cambridge Univ. Press.
  2. ^ Prialnik D., Merk R., 2008. Wachstum und Entwicklung kleiner poröser Eiskörper mit einem adaptiven Gitter-Code für die thermische Entwicklung. I. Anwendung auf Kuiper Belt-Objekte und Enceladus. Icarus 197: 211–220.


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