Gigahertz ultrasonic interferometry in a new high-pressure, high-temperature diamond anvil cell: A novel approach to measuring the thermoelastic parameters of mantle minerals with application to the structure, composition, and mineralogy of Earth`s interi

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Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Struktur, Zusammensetzung und Mineralogie des tiefen Erdinneren zu verstehen. Unser Bild des Inneren der Erde verbessert sich zunehmend dadurch, dass immer grössere seismische Datensätze mit modernen Methoden wie der Computertomographie kombiniert werden. Zur detaillierten Interpretation insbesondere von richtungsabhängigen seismischen Resultaten ist die Kenntnis der Anisotropie von elastischen Eigenschaften unabdingbar, welche durch den Elastizitätstensor (cij) vollständig beschrieben werden. Mit dem vorliegenden Projekt wollen wir die Druck- und Temperaturabhängigkeit von cij für mindestens zwei Phasen bestimmen, die für den Erdmantel und Kern von grosser Bedeutung sind. Dazu werden wir zwei neue methodische Ansätze miteinander kombinieren, die in jüngster Vergangenheit am Bayerischen Geoinstitut entwickelt wurden. Indem wir Ultraschallinterferometrie im Gigahertzbereich in einer extern beheizbaren Diamantstempelpresse durchführen, können wir bei in-situ Elastizitätsmessungen Temperatur- und Druckbedingungen von über 1000°C und 10 GPa erreichen. Wir schlagen vor, mit diesem methodischen Ansatz bei hohen Drücken und Temperaturen die Elastizität von Magnesiowüstit (Mg,Fe)O zu messen, der das häufigste nichtsilikatische Oxid im unteren Erdmantel (660-2900 km Tiefe) und damit auch in der gesamten Erde darstellt. Des weiteren haben wir vor, den Elastizitätstensor von Eisen-Nickel-Legierungen in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Nickel-Gehalt zu bestimmen, da mit grösster Wahrscheinlichkeit der innere Kern der Erde aus diesem Material besteht.