Intern beheizte Gasdruckanlage mit Shaw Membran und Dekompressionseinheit
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es wurde eine Intern beheizte Gasdruckanlage aufgebaut, die zur experimentellen Untersuchung von magmatischen Prozessen in der Erdkruste dient. Die maximalen Druck- und Temperaturbedingungen liegen bei 5000 bar und 1300 °C. Das Besondere an der Anlage ist, dass sie über eine programmgesteuerte Druckentlastungseinheit verfügt, die die Simulation eines Magmenaufstiegs von der Magmenkammer bis zur Erdoberfläche mit realen, kontinuierlichen Dekompressionsraten erlaubt. Weiterhin ist der Autoklav so ausgelegt, dass über Ar-H2 Mischungen eine Kontrolle der Redoxbedingungen (Sauerstofffugazität) in den Experimenten möglich ist. Mit Hilfe der Apparatur wurde eine Studie zur CO2 Blasennukleation und –wachstum in einem trachytischen und trachybasaltischen Magma durchgeführt. Nach einer initialen Equilibrationsphase bei 1200° C und 3000 bar wurden die Schmelzen kontinuierlich mit einer Dekompressionsrate von 40 bar/Min auf einen Druck von 300 bar gebracht, wodurch das CO2, das ursprünglich in der Schmelze gelöst war, entgaste und Blasen bildete. Dabei wurde untersucht, inwieweit die Blasenbildung über homogene oder heterogene Nukleation erfolgt, ob Kristalle dabei eine Rolle spielen und wie das Benetzungsverhalten der CO 2 Blasen an verschiedenen Kristallphasen ist. Diese Arbeit wurde wegen ihrer Relevanz für den Vulkanismus Zentralitaliens in Kooperation mit Wissenschaftlern der La Sapienza Universität Rom durchgeführt und mündete in zwei Veröffentlichungen. Um das Entgasungsverhalten von CO2 in natürlichen Magmen verstehen zu können, muss die CO2 Löslichkeit als Funktion von Druck, Temperatur, Schmelz- und Fluidzusammensetzung bekannt sein. Da diese Kenntnis für die alkalireichen Magmenzusammensetzungen Zentralitaliens größtenteils fehlt, wurden Arbeiten begonnen um 1.) die CO2 und H2O Löslichkeit in phonolithischen und leucititischen Schmelzzusammensetzungen als Funktion des Drucks (500 – 3000 bar) und der Zusammensetzung einer aus CO2 und H2O bestehenden fluiden Phase (XCO2 = 0 - 1) experimentell zu untersuchen. 2.) Weiterhin wurden für diese Magmenzusammensetzungen im gleichen Druck- und XCO2 Bereich die Mineral-Schmelz- Phasenbeziehungen experimentell bestimmt. Für diese Untersuchungen war die Gasdruckanlage von zentraler Bedeutung, da mit dieser die Proben hergestellt wurden, die dann anschließend spektroskopisch (Bestimmung der H2O und CO2 Gehalte in der Schmelzphase) oder mit der Elektronenstrahlmikrosonde in Bezug auf Phasenbestand und –zusammensetzung untersucht wurden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
CO2 bubble nucleation upon pressure release in potassium-rich silicate magmas. Chem. Geol. (2017), 461, 171-181
Fanara S., Sottili G., Silleni A., Palladino D.M., Schmidt B.C.
-
CO2-crystal wettability in potassic magmas: implications for eruptive dynamics in light of experimental evidence for heterogeneous nucleation. Geophys. J. Int. (2017), 209, 688-694
Sottili G., Fanara S., Silleni A., Palladino D.M., Schmidt B.C.
