D″-Schicht

Lage und Bedeutung

Die D″-Schicht (gesprochen: „D-zwei-Strich-Schicht“) ist der unterste Teil des unteren Erdmantels. Sie bildet die Übergangszone zwischen dem unteren Erdmantel und dem äußeren Erdkern. Ihre Eigenschaften sind wichtig, weil sie Mantelkonvektion, Hotspots und Aufströmungen heißen Materials beeinflussen kann.

Aufbau und Heterogenitäten

Die D″-Schicht ist nach heutigem Kenntnisstand etwa 200 bis 300 km mächtig. Ihre Mächtigkeit schwankt stark; untersucht wird dies mit seismologischen Verfahren, also anhand der Ausbreitung seismischer Wellen.

Der untere Mantel gilt in verbreiteten Modellen als weitgehend homogen, die D″-Schicht besitzt dagegen starke Heterogenitäten, also Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften. Diese heißen large low-velocity provinces (LLVP). Ihr Material hat eine geringere Dichte als das darunterliegende Kernmaterial, aber eine höhere Dichte als das darüberliegende Mantelmaterial. In Analogie zu Kontinenten gegenüber dem oberen Erdmantel werden sie auch C-Kontinente genannt. Sie wandern im Laufe der Zeit und beeinflussen Mantelkonvektion und die Bildung von Hotspots.

Erklärungsansätze

Der physikalische und mineralogische Charakter der D″-Schicht ist weitgehend unverstanden. Mehrere Hypothesen können sich teilweise ergänzen:

• Metallische und nichtmetallische Silikate könnten durch Reaktionen von Eisen aus dem flüssigen Kern mit Bridgmanit des unteren Mantels entstehen.
• Reste subduzierter Lithosphärenplatten könnten sich an der Grenzschicht aufstauen und ablagern.
• 2004 wurde eine Phasentransformation von Bridgmanit (MgSiO₃) entdeckt: Bei Manteltemperaturen und einem Druck ab etwa 120 GPa kann sich die Perowskit-Struktur in Post-Perowskit mit CaIrO₃-Struktur umwandeln. Dieser Druck passt recht gut zur Tiefenlage der D″-Schicht. Die Umwandlung kommt daher als Erklärung für komplexe Geschwindigkeitsstrukturen seismischer Wellen an der Kern-Mantel-Grenze infrage.

Thermische Grenzschicht

Kennzeichnend für die D″-Schicht ist eine Abnahme der seismischen Geschwindigkeiten. Dies weist auf eine exponentielle Abnahme der Temperatur nach außen hin. Deshalb wird sie auch thermische Grenzschicht genannt.

Eine thermische Grenzschicht ist Voraussetzung für Instabilitäten. Aus ihnen können Aufströmungen heißen Materials entstehen, die Mantelplumes genannt werden.

Bezeichnung

Die Bezeichnung D″-Schicht stammt aus einer früheren Nomenklatur des Erdaufbaus von Keith Edward Bullen. Darin bezeichneten die ersten Buchstaben des Alphabets die Erdschichten; D stand für den gesamten unteren Erdmantel. Nach der Entdeckung der Übergangszone wurde dieser Bereich in D′ und D″ unterteilt.