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Experimental Studies on Phase Equilibria, Density and Sound Velocities of Martian Mantle Assemblages

Siersch, Nicki und Xu, Fang und Marceline, Anne-Elisabeth und Greaux, Steeve und Rivoldini, A. und Kuwahara, Hideharu und Kondo, Nozomi und Wehr, Nicolas und Menguy, N. und Kono, Yoshino und Higo, Yuji und Plesa, Ana-Catalina und Badro, James und Antonangeli, D. (2021) Experimental Studies on Phase Equilibria, Density and Sound Velocities of Martian Mantle Assemblages. AGU Fall Meeting, New Orleans USA & Online Everywhere.

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Offizielle URL: https://agu.confex.com/agu/fm21/meetingapp.cgi/Paper/830770

Kurzfassung

The NASA InSight mission on Mars, equipped with the seismometer SEIS, is currently monitoring the seismic activity of the planet, and several recorded marsquakes have been exploited to gain information about Mars’ internal structure. Interpretation of these seismological observations in terms of composition and mineralogy requires the knowledge of phase equilibria as well as density and thermo-elastic properties of constituent materials at pertinent conditions. In order to relate bulk chemical compositions derived from analyses of Martian meteorites, to mineral assemblages as a function of depth, we have performed ex-situ phase equilibria experiments in piston cylinder and multi-anvil presses at pressures of 3, 8 and 10 GPa and temperatures between 1200 and 1600 °C, covering a range representative of Mars’ upper and mid-mantle conditions. Our results indicate the stability of a small fraction of magnetite next to olivine and pyroxene in Martian upper mantle phase assemblages as well as in most of the mid-mantle runs, together with Fe3+-rich garnets. Stability of Fe3+-bearing phases, and magnetite in particular, has not been reported before but is indicative of the oxidized synthesis environment. Selected aggregates were then used to carry out in-situ sound velocity and density measurements using ultrasonic interferometry combined with X-ray radiography and energy-dispersive X-ray diffraction over pressure and temperature conditions directly relevant to the Martian mantle. Both compressional and shear wave velocities for the upper and mid-mantle assemblages were generally slower than seismic wave velocities estimated by pre-landing models. This offset can be explained by the differences in phase proportions between experiments and models and the fact that current thermodynamic models are not taking into account the effect of Fe3+-incorporation in the constituent minerals. Our experimental data showed a substantial decrease of compressional and shear sound velocities upon increasing temperature, which is dominant over pressure-induced effects at shallow mantle conditions, and, independently from the here-considered mineralogy, suggest the presence of low-shear-wave-velocity zones between 100 and 400 km depth in the Martian upper mantle, which could explain InSight seismic observations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/148229/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Experimental Studies on Phase Equilibria, Density and Sound Velocities of Martian Mantle Assemblages
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Siersch, NickiSorbonne Université - MNHN - CNRS - IMPMC, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Xu, FangSorbonne Université - MNHN - CNRS - IMPMC, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Marceline, Anne-ElisabethSorbonne Université - MNHN - CNRS - IMPMC, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Greaux, SteeveGeodynamics Research Center, Ehime University, Matsuyama, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rivoldini, A.Royal Observatory of BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kuwahara, HideharuGeodynamics Research Center, Ehime University, Matsuyama, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kondo, NozomiGeodynamics Research Center, Ehime University, Matsuyama, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wehr, NicolasInstitut de Physique du Globe de Paris, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Menguy, N.Sorbonne Université, Muséum National d‘Histoire Naturelle, UMR CNRS 7590, Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie, IMPMC, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kono, YoshinoGeodynamics Research Center, Ehime University, Matsuyama, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Higo, YujiJapan Synchrotron Radiation Research Institute, Hyogo, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Plesa, Ana-CatalinaAna.Plesa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3366-7621NICHT SPEZIFIZIERT
Badro, JamesInstitut de Physique du Globe de Paris, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Antonangeli, D.Sorbonne Université - MNHN - CNRS - IMPMC, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2021
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Seitenbereich:MR21A-04
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Mars, Experimental studies, Phase equilibria, Density, Sound Velocities
Veranstaltungstitel:AGU Fall Meeting
Veranstaltungsort:New Orleans USA & Online Everywhere
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
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 - Exploration des Sonnensystems, R - Projekt InSight - HP3
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Plesa, Dr. Ana-Catalina
Hinterlegt am:12 Jan 2022 08:00
Letzte Änderung:12 Jan 2022 08:00

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