Experimentelle Untersuchung der Wasserlöslichkeit in phonolithischen Schmelzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Kenntnis der Wasserlöslichkeit in Silikatschmelzen spielt für das Verständnis der Magmenentwicklung im Erdinneren, sowie für ihr Eruptionsverhalten an der Erdoberfläche eine wichtige Rolle. Phonolithe sind wichtige Vertreter intermediärer Magmen und neigen zu explosivem Vulkanismus. Obwohl die Menge an Wasser, die in der Schmelzphase gelöst werden kann, einen zentralen Charakter dabei einnimmt, sind die Wasserlöslichkeiten in phonolithischen Schmelzen nur wenig bekannt. Die wenigen Literaturdaten ließen vermuten, dass die genaue Zusammensetzung der Schmelze einen wesentlichen Einfluss auf die Löslichkeit hat. Deshalb wurden in diesem Projekt die Löslichkeit von Wasser in phonolithischen Schmelzen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung experimentell untersucht. Dazu wurden 8 Phonolithgläser synthetisiert, bei denen die Konzentrationen der Alkalien zueinander, als auch die relativen Anteile von Alkalien zu Erdalkalien systematisch variiert wurden (Serie I: Variation der Na/(Na+K) Verhältnisse von 0.2 bis 0.8; Serie II: Variation der (Na20+K2O)/(CaO+MgO) Verhältnisse von 2.8 bis 10.1). Um den Einfluß der Temperatur auf die Wasserlöslichkeit zu untersuchen, wurden zwei weitere Gläser synthetisiert (Serie III), die den Zusammensetzungen der Phonolithe vom Montana Bianca (MBP) und dem Laacher See Vulkan (LSP-II) entsprechen. Für Glasserien l und II wurden Wasserlöslichkeitsexperimente bei 1200 °C und Drücken zwischen 50 und 400 MPa durchgeführt, für Serie III wurde die Wasserlöslichkeit im Temperaturbereich 850 bis 1200 °C und bei Drücken von 50 bis 400 MPa bestimmt. Die Ergebnisse für die Serien l & II zeigen, dass im untersuchten Zusammensetzungsbereich der Effekt beider chemischer Parameter relativ klein und von ähnlicher Größenordnung ist. Bei 200 MPa, 1200 °C bewirkt der Anstieg von Na/(Na+K) von 0.2 auf 0.8 einen Anstieg der Wasserlöslichkeit um ca. 0.4 Gew.%, während der Anstieg von (Na2O+K2O)/(CaO+MgO) von 2.8 auf 10.1 einen Anstieg der Wasserlöslichkeit von lediglich ca. 0.2 Gew.% zur Folge hat. Bei höheren Drücken scheint aber der Effekt von (Na2O+K2O)/(CaO+MgO) größer zu sein. Die Ergebnisse für Serie III zeigen, dass bis 300 MPa die Wasserlöslichkeit in beiden Schmelzen (MBP und LSP-II) eine negative Temperaturabhängigkeit besitzt (d.h. zunehmende Wasserlöslichkeit mit abnehmender Temperatur), die bei ca. 200 MPa mit ca. -0.21 bis -0.24 Gew.% Wasser pro 100 °C am größten ist. Die Ergebnisse deuten weiterhin an, dass die Wasserlöslichkeit oberhalb von 300 MPa eine positive Temperaturabhängigkeit bekommt. In dieser Arbeit konnten insgesamt 69 neue Datenpunkte für die Wasserlöslichkeit in Phonolithschmelzen in Abhängigkeit von Zusammensetzung, Druck und Temperatur ermittelt werden. Diese Daten werden in zukünftige Wasserlöslichkeitsmodelle für Silikatschmelzen einfließen können, die dazu benötigt werden, um die Magmendynamik beim Aufsieg von der Magmenkammer bis zur Oberfläche zu modellieren. Sie werden daher dazu beitragen, die ablaufenden Prozesse bei Vulkaneruptionen besser verstehen zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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84. Jahrestagung der DMG, Hannover, Germany, 2006: Schmidt, B.C. (2006) Water solubility in phonolite melts: influence of melt composition and temperature. European Journal of Mineralogy 18, Beiheft 1, 118.
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Eleventh International Symposium on Experimental Mineralogy, Petrology and Geochemistry, Bristol, United Kingdom, 2006: Schmidt, B.C. (2006) Water solubility in phonolite melts: influence of melt composition and temperature. EMPG XI, Conference Abstracts, 65
