Hello, dear friend, you can consult us at any time if you have any questions, add WeChat: daixieit

GEOL 0008 Geochemistry 2022

THE MANTLE

Estimating the composition of the Earth’s mantle is a little trickier . For this we have to rely on analyses of “ultramafic” inclusions in igneous rocks and on theoretical constraints based on density, seismic velocity and radioactive heat production . A reasonable estimate of undepleted mantle based on lherzolite is given here: SiO2  = 45 .0%, MgO = 39 .0%, FeO = 8 .0%, Al2O3  = 3 .5%, CaO = 3 .25%, Na2O = 0 .28%, K2O = 0 .04%, TiO2  = 0 .09% . Undepleted mantle refers to the mantle before crustal differentiation and its composition is sometimes referred to as the SILICATE EARTH.

Question 2 (20 marks) The Earth’s crust was formed by partial melting (depletion) of the   upper   mantle   and   is   enriched   in   incompatible   elements ,   which   segregated preferentially  into  the  residual  melt.  Arrange  these  eight  elements  in  order  of

incompatibility (or tendency to be more concentrated in the crust) . For estimating the

THE CORE

By contrast to the mantle and crust, estimates of the composition of the Earth’s core rely solely  on  informed  assumptions  based  on  density,  seismic  velocity  and  magnetic properties . About 31 .5% of the Earth’s mass resides in the core, which is composed of 87 .5% iron, 5 .4% nickel and 5 .0% sulphur, but this last estimate is uncertain , and there could be other lighter elements in the Earth’s core, too .

THE MOON

We can estimate the Moon’s composition from its surface rocks and constraints from its density, seismic velocity, albedo and magnetic properties . For every 1000 moles of Si in the SILICATE MOON, there are 1000 moles of Mg, 220 moles of Al, 200 moles of Fe, 150 moles of Ca, 5.3 moles of Na, 5.1 moles of Ti and 0.35 moles of K .

Question 3 (20 marks)

Using the above information , make a table with three columns for the concentrations of the eight major elements (Si, Al, Mg, Ca, K, Na, Fe and Ti) in the 1) silicate Moon , 2) silicate Earth and 3) bulk Earth (or whole Earth , including the core) . The Moon’s core is so small we can assume that bulk Moon = silicate Moon . Note the major differences .

Question 4 (40 marks)

In no more than 400 words, outline how the volatile elements (Na, K) are distributed in these two planets compared with the more refractory elements (Fe, Ca, Mg, Ti)? Use your own observations above to put forward a reasoned, chemically based hypothesis of how  the  Moon  formed .  In  your  hypothesis  address  at  least  the  following  possible scenarios:  1) that they formed as a twin planetary  system; 2) that the Moon formed elsewhere and was captured; 3) that the Moon formed after violent collision with Earth (if so, when?) . Base your answers primarily on the findings above but use internet and textbook resources in addition . Don’t forget to quantify chemical differences . Look up isotopic evidence and the latest findings , but do not use these exclusively .