Hochauflösendes Sektorfeld-ICP Massenspektrometer mit Laser Ablation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Am 1. August 2011 wurden am Steinmann Institut der Universität Bonn ein Sector Field ICPMS Massenspektrometer und ein Excimer Laser 193 nm Laser-Ablationssystem in Dienst gestellt. Die Geräte wurden im Rahmen des Programms “Forschungsgroßgeräte nach Art. 91b GG” bewilligt. Die beiden Großgeräte dienen der chemischen Analyse von Phasen und Lösungen auf Spurenelemente und Isotopenverhältnisse. Die Koppelung von Laser-Ablation mit Massenspektrometrie erlaubt die Analyse von Einzelphasen in natürlichen und synthetischen Proben auf Element- und Isotopenkonzentrationen im ppb-Konzentrationsbereich. Die wichtigten wissenschaftlichen Schwerpunkte der letzten drei Jahre, bei denen die beiden Großgeräte eine zentrale Rolle spielten, können wie folgt zusammengefasst werden: •Verteilungen chalkophiler und siderophiler Elemente zwischen Sulfid, Silikat und Metall bei erhöhtenDrücken und magmatischen Temperaturen, mit dem Ziel, die Differentiation der Erde in Silikatschale undmetallischen Kern besser zu verstehen und erzbildende Prozesse in magmatischen Systemen der Erdkrustequantitativ zu modellieren. •Identifikation von Fraktionierungsprozessen zwischen Silikatschmelzen und fluiden Phase, um dieEntmischung von Fluiden aus Silikatschmelzen an konvergenten Plattenrändern und die damiteinhergehenden möglichen Elementfraktionierungen zu identifizieren. Grundlage sind Experimente beihohen Drücken in Basalt-H2O Systemen und die räumlich auflösende Phasenanalyse experimentellerChargen mit LA-ICPMS. •Datierungen von Opal mit dem U/Pb Chronometer, um Silifizierungen von Holz absolut zu datieren und dieZeitskalen eines wichtigen Fossilisationsprozesses zu verstehen. Hier werden neue, auch von Experimentenbegleitete Methoden entwickelt, um den Zeitraum zu definieren, in dem organische Substanz in Holz durchSilikatphasen ersetzt und fossil erhalten werden kann. •Analyse auf Spurenelemente primitiver, bei Platznahme H2O-gesättigter basaltischer Schmelzen desOphiolithkomplexes in Zypern. •Synthese und Charakterisierung von Sulfidstandards zur Quantifizierung hochsiderophiler und chalkophileElemente in natürlichen Sulfiden. Derartige Standards sind weltweit wichtig, und die Nachfrage nach gutdokumentierten Referenzmaterialien ist international sehr groß. •Osmium-Isotopie von primitiven Basalten der Erdkruste und Sulfiden im Erdmantel. In diesen Projektenwerden Silikatfraktionen und Sulfidseparate aus primitiven Mantelschmelzen und Mantelgesteinen auf ihreEdelmetalle und ihre Os-Isotopien hin untersucht, um Aufschmelzungsprozesse im Erdmantel und dieZusammensetzungen der Mantelquellen besser zu charakterisieren. Die Untersuchungen werden mit TIMS-Analysen an der University of Durham komplementiert, mit der seit Jahren eine enge Zusammenarbeitbesteht. •Datierungen von Zirkonen mit dem U/Pb Chronometer zur Datierung magmatischer und metamorpherEreignisse und zur Provenanzanalyse alter Sedimente und Metasedimente. Die Auslastung der beiden Großgeräte betrug in den letzten drei Jahren durchschnittlich 200 Tage à 8 Stunden pro Jahr. Seit Inbetriebnahme wurden 21 Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten abgeschlossen, in denen Laser-ICP-Analytik eine zentrale Rolle spielte. Zehn Dissertationsprojekte wurden im Berichtszeitraum begonnen; vier sind inzwischen erfolgreich abgeschlossen. Insgesamt hat die Installation der Großgeräte an der Universität Bonn ganz erheblich dazu beigetragen, neue internationale Kooperationen ins Leben zu rufen, bestehende zu vertiefen und den Studierenden der Geowissenschaften in Bonn in Lehre und Forschung die Gelegenheit zu geben, im Rahmen ihrer Curricula und Qualifikationsarbeiten mit modernen Analyseverfahren vertraut zu werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2011) Solubility of Os and Ir in sulfide melt: Implications for Re/Os fractionation during mantle melting. Earth and Planetary Science Letters 311, 339-350
Fonseca R.O.C., Mallmann G., O’Neill H.St.C., Campbell, I.H., Laurenz V.
- (2012) Asteroidal impacts and the origin of terrestrial and lunar volatiles. Icarus 222, 44-52
Albarède F., Ballhaus C., Blichert-Toft J., Lee C.-T., Marty B., Moynier F.
- (2012) New constraints on the genesis and long-term stability of Os-rich alloys in the Earth’s mantle. Geochimica et Cosmochimica Acta 87, 227-242
Fonseca R.O.C., Laurenz V., Mallmann G., Luguet A., Hoehne N., Jochum K.P.
- (2012) Timing of high-pressure metamorphic events in the Bulgarian Rhodopes from Lu-Hf garnet geochronology. Contributions to Mineralogy and Petrology 163, 897-921
Kirchenbaur M., Pleuger J., Jahn-Awe J., Nagel T.J., Froitzheim N., Fonseca, R.O.C., Münker, C.
- (2013) Hadean mantle melting recorded by southwest Greenland chromitite 186Os signatures. Nature Geoscience 6, 871-874
Coggon J.A., Luguet A., Nowell G.M, Appel P.W.U.
- (2013) Lu-Hf isotope evidence for Paleoproterozoic metamorphism and deformation of Archean oceanic crust along the Dharwar Craton margin, southern India. Precambrian Research 233, 206-222
Noack N. N., Kleinschrodt R., Kirchenbaur M., Fonseca R. O. C., Münker C.
- (2013) Nanoparticles in high-temperature magmatic liquids. Nature Communications 4
Helmy H.M., Ballhaus C., Fonseca R.O.C., Wirth R., Nagel T., Tredoux M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms3405) - (2013) Noble metals potential of sulfide-saturated melts from the subcontinental lithosphere. Geology 41, 575-578
Kamenetsky V. S., Maas R., Fonseca R. O. C., Ballhaus C., Heuser A., Brauns M., Norman M. D., Woodhead J. D., Rodemann T., Kuzmin D. V., Bonatti E.
- (2013) The U/Pb age of the Earth - a signature of late volatile addition. Earth and Planetary Science Letters 362, 237-245
Ballhaus C., Laurenz V., Münker C., Fonseca R. O. C. Albarède F., Rohrbach A., Lagos M., Schmidt M. W., Jochum K. P., Stoll B., Weis U., Helmy H.
- (2013). Pattern formation in silicate glass corrosion zones. International Journal of Applied Glass Science 4, 357-370
Dohmen L., Lenting C., Denkler R., Fonseca R. O. C., Nagel T., Heuser A., and Geisler T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/ijag.12046) - (2013). The solubility of palladium and ruthenium in picritic melts: 2. The effect of sulfur. Geochimica et Cosmochimica Acta 108, 172-183
Laurenz V., Fonseca R.O.C, Ballhaus C., Jochum K.P., Heuser A., Sylvester P.J.
- 2013) Phase relations of arsenide minerals in magmatic sulfide melts. Contributions to Mineralogy and Petrology 166, 1725-1737
Helmy H.M., Ballhaus C., Fonseca R.O.C., Nagel T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00410-013-0951-9) - (2014) A non-primitive origin of nearchondritic S–Se–Te ratios in mantle peridotites; implications for the Earth’s late accretionary history. Earth and Planetary Science Letters 385, 110-121
König S., Lorand J.-P., Luguet A., Pearson D.G.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.epsl.2013.10.036) - (2014) An experimental study of the partitioning of trace elements between rutile and silicate melt as a function of oxygen fugacity. Anais da Academia Brasileira de Ciências
Mallmann G., Fonseca R.O.C., Silva A. B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1590/0001-3765201420140014) - (2014) Lu-Hf garnet systematics of a polymetamorphic basement unit: New evidence for coherent exhumation of the Adula Nappe (Central Alps) from eclogite-facies conditions. Contributions to Mineralogy and Petrology 168
Sandmann S., Nagel T., Herwartz D., Fonseca R.O.C., Kurzawski R.M., Münker C, Froitzheim N.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00410-014-1075-6) - (2014) Selenium and Tellurium systematics in MORBs from the Southern Mid-Atlantic Ridge (47-50°S). Geochimica et Cosmochimica Acta 144, 379-402
Lissner M., König S., Luguet A., le Roux P., Schuth S., Heuser A., le Roex A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.gca.2014.08.023) - (2014) The fractionation of tungsten relative to incompatible lithophile elements during mantle melting. Earth and Planetary Science Letters 404, 1–13
Fonseca R.O.C., Mallmann G., Sommer J., Sprung P., Heuser A., Speelmanns I., Blanchard H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.epsl.2014.07.015) - (2015) Incipient silicification of recent conifer wood at a Yellowstone hot spring. Geochimica et Cosmochimica Acta 149, 79– 87
Hellawell J., Ballhaus C., Gee C.T., Mustoe G.E., Nagel T.J., Wirth R., Rethemeyer J., Tomaschek F., Geisler T., Greef K., Mansfeldt T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.gca.2014.10.018) - (2015) Mineralogical control of selenium, tellurium and highly siderophile elements in the Earth’s mantle: Evidence from mineral separates of ultra-depleted mantle residues. Chemical Geology 396, 16-24
König S., Lissner M., Lorand J.-P., Bragagni A., Luguet A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2014.12.015) - (2015): Dating the initiation of Piemont-Liguria Ocean subduction: Lu-Hf garnet chronometry of eclogites from the Theodul Glacier Unit (Zermatt-Saas Zone, Switzerland). Swiss Journal of Geosciences, December 2015, Volume 108, Issue 2–3, pp 183–199
Weber, S., Sandmann, S., Miladinova, I., Fonseca, R.O.K., Froitzheim, N., Münker, C., Bucher, K.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00015-015-0180-5)
