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A geophysical perspective on the bulk composition of Mars

Khan, A. und Liebske, C. und Rozel, A. und Rivoldini, A. und Nimmo, Francis und Connolly, J.A.D. und Plesa, Ana-Catalina und Giardini, D. (2018) A geophysical perspective on the bulk composition of Mars. Journal of Geophysical Research: Planets, 123 (2), Seiten 576-611. Wiley. doi: 10.1002/2017JE005371. ISSN 2169-9097.

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Kurzfassung

We invert the Martian tidal response and mean mass and moment of inertia for chemical composition, thermal state, and interior structure. The inversion combines phase equilibrium computations with a laboratory-based viscoelastic dissipation model. The rheological model, which is based on measurements of anhydrous and melt-free olivine, is both temperature and grain size sensitive and imposes strong constraints on interior structure. The bottom of the lithosphere, defined as the location where the conductive geotherm meets the mantle adiabat, occurs deep within the upper mantle (∼250–500 km depth) resulting in apparent upper mantle low-velocity zones. Assuming an Fe-FeS core, our results indicate: 1) a Mantle with a Mg# (molar Mg/Mg+Fe) of ∼0.75 in agreement with earlier geochemical estimates based on analysis of Martian meteorites; 2) absence of bridgmanite- and ferropericlase-dominated basal layer; 3) core compositions (13.5–16 wt% S), core radii (1640–1740 km), and core-mantle-boundary temperatures (1560–1660 ∘ C) that, together with the eutectic-like core compositions, suggest the core is liquid; and 4) bulk Martian compositions that are overall chondritic with a Fe/Si (wt ratio) of 1.63–1.68. We show that the inversion results can be used in tandem with geodynamic simulations to identify plausible geodynamic scenarios and parameters. Specifically, we find that the inversion results are reproduced by stagnant lid convection models for a range of initial viscosities (∼1019–1020 Pa·s) and radioactive element partitioning between crust and mantle around 0.001. The geodynamic models predict a mean surface heat flow between 15–25 mW/m2.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/116647/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A geophysical perspective on the bulk composition of Mars
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Khan, A.institut für geophysik, eth zürich, switzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liebske, C.Institute of Geochemistry and Petrology, ETH Zürich, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rozel, A.Institute of Geophysics, ETH Zürich, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rivoldini, A.royal observatory of belgium and université catholique de louvain, earth and life institute (eli), georges lemaître centre for earth and climate research (teclim), belgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nimmo, Francisdepartment of earth and planetary sciences, university of california santa cruz, santa cruz, ca 95064, usaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Connolly, J.A.D.Institute of Geochemistry and Petrology, ETH Zürich, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Plesa, Ana-CatalinaAna.Plesa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3366-7621NICHT SPEZIFIZIERT
Giardini, D.institute of geophysics/swiss seismological service, swiss federal institute of technology, (ethz), honggerberg, ch-3093 zurich, switzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2018
Erschienen in:Journal of Geophysical Research: Planets
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:123
DOI:10.1002/2017JE005371
Seitenbereich:Seiten 576-611
Verlag:Wiley
ISSN:2169-9097
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Rheology of the lithosphere and mantle, Elasticity and anelasticity, Composition, Interiors, Mars, Mars, interior structure, Dissipation, Rheology, Mantle temperature, Core size
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt InSight - HP3
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Plesa, Dr. Ana-Catalina
Hinterlegt am:06 Dez 2017 09:04
Letzte Änderung:28 Feb 2023 14:56

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