Experimentelle Untersuchung des Magmenaufstiegs unmittelbar vor den hochrisikoreichen Eruptionen der Campi Flegrei im Rahmen des CFDDP

• Antragsteller: Professor Dr. Marcus Nowak
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 216178186

Das CFDDP bietet die Gelegenheit eine komplette Abfolge der Vulkangesteine und -Aschen der CF Caldera zu beproben. Die experimentelle Simulation der Magmenspeicherung und des -aufstiegs des Campanian Ignimbrite (CI) und der texturelle Vergleich mit erbohrten Proben werden detaillierte Einblicke in die Mechanismen der CI Supereruptionen ermöglichen. In den koordinierten Projekten Hannovers (BE 1720/28-1) und Tübingens (NO 378/8-1) werden relevante magmatische Prozesse experimentell bei hohen P und T untersucht. Beide Projekte sind eng miteinander verknüpft (gleichen Materialien), aber umfassen verschiedene Aspekte. Während Hannover die thermodynamischen Eigenschaften von CI Magmen (Phasengleichgewichte, Volatil-Löslichkeiten) untersucht, liegt der Schwerpunkt in Tübingen auf der Kinetik (Verhalten von CI Magmen unter kontrollierter Dekomprimierung). Phasenbeziehungen und dekomprimierungsinduzierte Entgasung sowie Kristallisation beeinflussen die Eigenschaften der aufsteigenden und ausbrechenden Magmen erheblich. Dies ist in den Texturen der CI Vulkangesteinen und Aschen aufgezeichnet.Schwerpunkt dieser Studie sind bis jetzt die Durchführung von kontinuierlichen Dekomprimierungsexperimenten mit einer trachytischen CI Schmelze (5 Gew% H2O, 1050 °C, 200 MPa) um erste Einblicke in die Entgasungsprozesse zu gewinnen. Erste isotherme Experimente zu einem Ziel P von 75 MPa mit zwei verschiedenen Dekomprimierungsraten (0.024 MPas-1, 0,17 MPas-1) wurden durchgeführt. Die schnelle Dekomprimierung induziert deutlich mehr und kleinere Blasen als die langsame Dekomprimierung, da die H2O-Übersättigung nicht durch Diffusion abgebaut werden kann. Dies führt zu neuer Blasennukleation. Eine Reihe von Experimenten mit einer Dekomprimierung von 0.024 MPas-1 wurde durchgeführt, um die Wirkung von verschiedenen Ziel P (100, 75 und 50 MPa) zu untersuchen. Das Einsetzen der Entgasung und die Grenze der Kapselstabilität durch Volumenzunahme wurden damit bestimmt. Der Beginn der Entgasung bei 100 MPa ist durch einige Blasen <10 µm dokumentiert. Sinkender P führt zu weiterer H2O Entgasung, was in einer stark aufgeblähten und undichten Kapsel (50 MPa) resultiert. Ein weiterer Schwerpunkt war die Untersuchung des Entgasungsverhaltens der Schmelze bis 100 MPa mit einem Glaszylinder im Vergleich zu Glaspulver als Ausgangsmaterial um die Equilibrierungsszeit der Schmelzhydrierung von 96 h auf 24 h vor den Entgasungsexperimenten zu verkürzen. Lufteinschlüsse im Porenraum des Glaspulvers und Lösen der Luft in der Schmelze während der Hydratation führen zu einer deutlich höheren Blasenanzahl und Porosität im Vergleich zu den beobachteten wenigen kleinen Blasen unter der Verwendung eines Glaszylinders als Ausgangsmaterial. Die experimentellen Daten werden Rahmenbedingungen für die Interpretation von erbohrten CI Gesteins- und Ascheproben bieten und nützlich sein um das Gefährdungspotenzial der Campi Flegrei und vergleichbarer vulkanischer Systeme einzuschätzen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm (ICDP)