Winzige Defekte in gewöhnlichen Mineralien können unerwartete Muster in der Bewegung des Erdinneren offenbaren.
Mineralien formen still und heimlich die Welt um uns herum, von den Felsen unter unseren Füßen bis hin zum tiefen Inneren des Planeten. In ihrem Kern befinden sich Kristalle, geordnete Anordnungen von Atomen, die sich in präzisen, dreidimensionalen Mustern wiederholen. Obwohl diese Strukturen starr erscheinen mögen, sind sie weitaus dynamischer, als sie scheinen.
Unter starkem Druck und Hitze, wie sie tief im Erdinneren herrschen, können sich Kristalle verbiegen und fließen, anstatt zu brechen. Diese Fähigkeit entsteht durch winzige Defekte, sogenannte Versetzungen, kleine Unregelmäßigkeiten in der Atomstruktur, die wie mikroskopische Gleitzonen wirken. Sie ermöglichen, dass sich festes Gestein im Laufe der Zeit langsam verformt, ein Prozess, der letztendlich dazu beiträgt, die Bewegung tektonischer Platten voranzutreiben.
In einigen Kristallen sind Versetzungen reichlich vorhanden, während sie in anderen selten und schwer zu erkennen sind. Sie zu finden kann so herausfordernd sein wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen.
Olivin, das häufigste Mineral in den oberen 400 km (ca. 250 Meilen) des Erdinneren, wird seit langem auf seine Verformung untersucht. Wissenschaftler haben zwei Hauptrichtungen der Versetzungsbewegung identifiziert, die mit „a“ und „c“ bezeichnet werden. Eine dritte Richtung, bekannt als „b“, galt traditionell als ungewöhnlich und weniger wichtig.
Eine aktuelle Studie unter der Leitung von aDer Wissenschaftler hat diese Annahme erneut aufgegriffen. Ziel der Forschung war es, besser zu verstehen, wie sich Olivin verformt, ein Schlüsselprozess, der die Plattentektonik antreibt, und die Arten der beteiligten Versetzungen zu identifizieren.
Fortgeschrittene Mikroskopietechniken
Das Team verwendete Electron Backscatter Diffraction (EBSD), eine fortschrittliche Mikroskopiemethode, die subtile Unterschiede in der Kristallorientierung auf mikroskopischer Ebene abbildet.
Ihre Analyse ergab, dass etwa 17 % der untersuchten Kristalle Verformungen aufwiesen, die mit den zuvor unterschätzten „b“-Versetzungen zusammenhängen.
Um dieses Ergebnis zu bestätigen, wandten sich die Forscher der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zu, mit der Versetzungen direkt abgebildet werden können. Indem sie sich auf Regionen konzentrierten, die von EBSD als „b“-Schlupf gekennzeichnet waren, nahmen sie detaillierte Bilder auf, die bestätigten, dass diese Strukturen tatsächlich vorhanden waren.
Professor John Wheeler, George Herdman Professor für Geologie an der University of Liverpool und Hauptautor der in veröffentlichten StudieGeophysikalische Forschungsbriefe, sagte:
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Versetzungen möglicherweise weiter verbreitet sind als bisher angenommen, was unser Verständnis darüber verbessert, wie sich der Erdmantel verformt.
„Ihr Vorhandensein kann durch Druck, Temperatur und Spannungsniveaus beeinflusst werden. Die Messung von ‚b‘-Versetzungen in natürlichen Proben könnte Wissenschaftlern daher dabei helfen, die Tiefe der Verformung und die dabei herrschenden Bedingungen zu bestimmen.“
Breitere Anwendungen und zukünftige Forschung
Die Studie zeigt auch, wie EBSD schnell Bereiche innerhalb von Kristallen lokalisieren kann, die einer genaueren Untersuchung wert sind. Forscher können dann Werkzeuge mit höherer Auflösung wie TEM verwenden, um diese Regionen detaillierter zu untersuchen.
Professor Wheeler fügte hinzu: „Der von uns verwendete Ansatz könnte Wissenschaftlern helfen, ein besseres Verständnis der geologischen Prozesse im Inneren der Erde zu entwickeln. Er könnte auch umfassendere Anwendungen in der Materialwissenschaft haben. Olivin weist beispielsweise Kristallähnlichkeiten zu Perowskiten auf, die zahlreiche industrielle Anwendungen haben. Einige Materialien wie zHalbleiterDa sie aufgrund des Herstellungsprozesses leistungsschädliche Versetzungen aufweisen, müssen deren Häufigkeit und Anordnung untersucht werden. ”
Referenz: „Olivine Deformation: To B Slip or Not to B Slip, That Is the Question“ von J. Wheeler, S. Hunt, A. Eggeman, J. Donoghue, A. Gholinia, Y. Li, E. Tillotson und S. J. Haigh, 17. Dezember 2025,Geophysikalische Forschungsbriefe.
DOI: 10.1029/2025GL117138
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Winzige Defekte in gewöhnlichen Mineralien können unerwartete Muster in der Bewegung des Erdinneren offenbaren.
Mineralien formen still und heimlich die Welt um uns herum, von den Felsen unter unseren Füßen bis hin zum tiefen Inneren des Planeten. In ihrem Kern befinden sich Kristalle, geordnete Anordnungen von Atomen, die sich in präzisen, dreidimensionalen Mustern wiederholen. Obwohl diese Strukturen starr erscheinen mögen, sind sie weitaus dynamischer, als sie scheinen.
Unter starkem Druck und Hitze, wie sie tief im Erdinneren herrschen, können sich Kristalle verbiegen und fließen, anstatt zu brechen. Diese Fähigkeit entsteht durch winzige Defekte, sogenannte Versetzungen, kleine Unregelmäßigkeiten in der Atomstruktur, die wie mikroskopische Gleitzonen wirken. Sie ermöglichen, dass sich festes Gestein im Laufe der Zeit langsam verformt, ein Prozess, der letztendlich dazu beiträgt, die Bewegung tektonischer Platten voranzutreiben.
In einigen Kristallen sind Versetzungen reichlich vorhanden, während sie in anderen selten und schwer zu erkennen sind. Sie zu finden kann so herausfordernd sein wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen.
Olivin, das häufigste Mineral in den oberen 400 km (ca. 250 Meilen) des Erdinneren, wird seit langem auf seine Verformung untersucht. Wissenschaftler haben zwei Hauptrichtungen der Versetzungsbewegung identifiziert, die mit „a“ und „c“ bezeichnet werden. Eine dritte Richtung, bekannt als „b“, galt traditionell als ungewöhnlich und weniger wichtig.
Eine aktuelle Studie unter der Leitung von aDer Wissenschaftler hat diese Annahme erneut aufgegriffen. Ziel der Forschung war es, besser zu verstehen, wie sich Olivin verformt, ein Schlüsselprozess, der die Plattentektonik antreibt, und die Arten der beteiligten Versetzungen zu identifizieren.
Fortgeschrittene Mikroskopietechniken
Das Team verwendete Electron Backscatter Diffraction (EBSD), eine fortschrittliche Mikroskopiemethode, die subtile Unterschiede in der Kristallorientierung auf mikroskopischer Ebene abbildet.
Ihre Analyse ergab, dass etwa 17 % der untersuchten Kristalle Verformungen aufwiesen, die mit den zuvor unterschätzten „b“-Versetzungen zusammenhängen.
Um dieses Ergebnis zu bestätigen, wandten sich die Forscher der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zu, mit der Versetzungen direkt abgebildet werden können. Indem sie sich auf Regionen konzentrierten, die von EBSD als „b“-Schlupf gekennzeichnet waren, nahmen sie detaillierte Bilder auf, die bestätigten, dass diese Strukturen tatsächlich vorhanden waren.
Professor John Wheeler, George Herdman Professor für Geologie an der University of Liverpool und Hauptautor der in veröffentlichten StudieGeophysikalische Forschungsbriefe, sagte:
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Versetzungen möglicherweise weiter verbreitet sind als bisher angenommen, was unser Verständnis darüber verbessert, wie sich der Erdmantel verformt.
„Ihr Vorhandensein kann durch Druck, Temperatur und Spannungsniveaus beeinflusst werden. Die Messung von ‚b‘-Versetzungen in natürlichen Proben könnte Wissenschaftlern daher dabei helfen, die Tiefe der Verformung und die dabei herrschenden Bedingungen zu bestimmen.“
Breitere Anwendungen und zukünftige Forschung
Die Studie zeigt auch, wie EBSD schnell Bereiche innerhalb von Kristallen lokalisieren kann, die einer genaueren Untersuchung wert sind. Forscher können dann Werkzeuge mit höherer Auflösung wie TEM verwenden, um diese Regionen detaillierter zu untersuchen.
Professor Wheeler fügte hinzu: „Der von uns verwendete Ansatz könnte Wissenschaftlern helfen, ein besseres Verständnis der geologischen Prozesse im Inneren der Erde zu entwickeln. Er könnte auch umfassendere Anwendungen in der Materialwissenschaft haben. Olivin weist beispielsweise Kristallähnlichkeiten zu Perowskiten auf, die zahlreiche industrielle Anwendungen haben. Einige Materialien wie zHalbleiterDa sie aufgrund des Herstellungsprozesses leistungsschädliche Versetzungen aufweisen, müssen deren Häufigkeit und Anordnung untersucht werden. ”
Referenz: „Olivine Deformation: To B Slip or Not to B Slip, That Is the Question“ von J. Wheeler, S. Hunt, A. Eggeman, J. Donoghue, A. Gholinia, Y. Li, E. Tillotson und S. J. Haigh, 17. Dezember 2025,Geophysikalische Forschungsbriefe.
DOI: 10.1029/2025GL117138
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