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Seismic detection of a deep mantle discontinuity within Mars by InSight

Huang, Quancheng und Schmerr, N. und King, Scott und Kim, Doyeon und Rivoldini, Attilio und Plesa, Ana-Catalina und Samuel, Henri und Maguire, R. und Karakostas, F. und Lekic, V. und Charalambous, C. und Collinet, Max und Myhill, R. und Antonangeli, D. und Drilleau, M. und Bystricky, M. und Bollinger, Caroline und Michaut, Chloe und Gudkova, T. und Irving, J. und Horleston, A. und Fernando, B. und Leng, K. und Nissen-Meyer, T. und Bejina, F. und Bozdag, E. und Beghein, C. und Waszek, L. und Siersch, Nicki und Scholz, J.-R. und Davis, P. und Lognonne, P. und Pinot, Baptiste und Widmer-Schnidrig, R. und Panning, Mark P. und Smrekar, S. und Spohn, Tilman und Pike, W.T. und Giardini, D. und Banerdt, W.B. (2022) Seismic detection of a deep mantle discontinuity within Mars by InSight. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 119 (42). National Academy of Sciences. doi: 10.1073/pnas.2204474119. ISSN 0027-8424.

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Offizielle URL: https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2204474119

Kurzfassung

Constraining the thermal and compositional state of the mantle is crucial for deciphering the formation and evolution of Mars. Mineral physics predicts that Mars’ deep mantle is demarcated by a seismic discontinuity arising from the pressure-induced phase transformation of the mineral olivine to its higher-pressure polymorphs, making the depth of this boundary sensitive to both mantle temperature and composition. Here, we report on the seismic detection of a midmantle discontinuity using the data collected by NASA’s InSight Mission to Mars that matches the expected depth and sharpness of the postolivine transition. In five teleseismic events, we observed triplicated P and S waves and constrained the depth of this discontinuity to be 1,006 ± 40 km by modeling the triplicated waveforms. From this depth range, we infer a mantle potential temperature of 1,605 ± 100 K, a result consistent with a crust that is 10 to 15 times more enriched in heat-producing elements than the underlying mantle. Our waveform fits to the data indicate a broad gradient across the boundary, implying that the Martian mantle is more enriched in iron compared to Earth. Through modeling of thermochemical evolution of Mars, we observe that only two out of the five proposed composition models are compatible with the observed boundary depth. Our geodynamic simulations suggest that the Martian mantle was relatively cold 4.5 Gyr ago (1,720 to 1,860 K) and are consistent with a present-day surface heat flow of 21 to 24 mW/m2.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/192508/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Seismic detection of a deep mantle discontinuity within Mars by InSight
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Huang, QuanchengDepartment of Geology, University of Maryland, College Park, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmerr, N.Department of Geology, University of Maryland, College Park, MD 20742https://orcid.org/0000-0002-3256-1262NICHT SPEZIFIZIERT
King, ScottVirginia Tech Geosciences, Blacksburg, VA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kim, DoyeonUniversity of Maryland College Park, Department of Geology, College Park, MD, United StatesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rivoldini, AttilioRoyal Observatory of Belgium, Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Plesa, Ana-CatalinaAna.Plesa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3366-7621NICHT SPEZIFIZIERT
Samuel, HenriInstitut de Physique du Globe de Paris, CNRS, Université de Paris, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Maguire, R.Department of Geology, University of Maryland, College Park, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Karakostas, F.Department of Geology, University of Maryland, College Park, MD, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lekic, V.Department of Geology, University of Maryland, College Park, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Charalambous, C.Department of Electrical and Electronic Engineering, Imperial College, South Kensington Campus, London, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Collinet, MaxMax.Collinet (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8791-9751NICHT SPEZIFIZIERT
Myhill, R.School of Earth Sciences, University of BristolNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Antonangeli, D.Sorbonne Université - MNHN - CNRS - IMPMC, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Drilleau, M.institut de physique du globe, paris, franceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bystricky, M.Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université Toulouse III Paul Sabatier, CNRS, 31062 Toulouse, Francehttps://orcid.org/0000-0002-7433-9758NICHT SPEZIFIZIERT
Bollinger, CarolineInstitut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université Toulouse III Paul Sabatier, CNRS, 31062 Toulouse, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Michaut, ChloeUniversité Paris Diderot, Institut de Physique du Globe de Paris, Sorbonne Paris Cité, Paris, France; Université de Lyon, Laboratoire de Géologie, Terre, Planète, Environnement, École Normale Supérieure de Lyon, Lyon, Francehttps://orcid.org/0000-0002-2578-0117NICHT SPEZIFIZIERT
Gudkova, T.Géoazur, University of Nice Sophia Antipolis, Valbonne, France; Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Irving, J.Princeton UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horleston, A.University of BristolNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fernando, B.Department of Earth Sciences, University of OxfordNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Leng, K.Department of Earth Sciences, University of OxfordNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nissen-Meyer, T.Department of Earth Sciences, University of OxfordNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bejina, F.Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université Toulouse III Paul Sabatier, CNRS, 31062 Toulouse, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bozdag, E.Géoazur, University of Nice Sophia Antipolis, Valbonne, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beghein, C.UCLANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Waszek, L.Physical Sciences Group, James Cook University, Douglas, QLD 4811, AustraliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siersch, NickiSorbonne Université - MNHN - CNRS - IMPMC, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scholz, J.-R.Max Planck Institute for Solar System Research, Göttingen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Davis, P.UCLANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lognonne, P.IPGP - ParisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pinot, BaptisteInstitut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace, Toulouse Cedex 04, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Widmer-Schnidrig, R.Institut für Geophysik, Universität Stuttgart, Stuttgart, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Panning, Mark P.California Institute of Technology, Jet Propulsion LaboratoryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Smrekar, S.Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, PasadenaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Spohn, TilmanTilman.Spohn (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pike, W.T.Department of Electrical and Electronic Engineering, Imperial College, London SW7 2AZ, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Giardini, D.Institute of Geophysics/Swiss Seismological Service, Swiss Federal Institute of Technology, (ETHZ), Honggerberg, CH-3093 Zurich, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Banerdt, W.B.Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Oktober 2022
Erschienen in:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:119
DOI:10.1073/pnas.2204474119
Verlag:National Academy of Sciences
ISSN:0027-8424
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Mars, InSight, Mantle transition zone, Seismic discontinuity
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, R - Exploration des Sonnensystems
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Plesa, Dr. Ana-Catalina
Hinterlegt am:20 Dez 2022 15:02
Letzte Änderung:03 Nov 2023 13:31

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