Compositional variations of tourmaline from low to ultrahigh pressure
Final Report Abstract
Die Zusammensetzung von Mineralen der Turmalingruppe, in Abhängigkeit von den Parametern Druck und Temperatur und von der Zusammensetzung des koexistierenden Fluids in Bezug auf Na, K, Ca, untergeordnet auch NH4, wurde experimentell mit Syntheseversuchen in den Systemen SiO2-Al2O3-B2O3-NaCl-H2O, MgO–Al2O3–B2O3–SiO2–H2O±KCl±NaCl±CaCl2±NH4, MgO-(±FeO)-Al2O3-SiO2- H2O-NaCl-B2O3 und Li2O-SiO2-Al2O3-B2O3-H2O untersucht. P-T-Bedingungen variierten von 400°C bis 700°C und 0.3 GPa bis 4 GPa. Die Versuchsprodukte wurden mit Elektronenstrahlmikrosonde, IR- und Ramanspektroskopie und XRD (Pulver mit Rietveldverfeinerung; Einkristall-Methode) charakterisiert; koexistierende Fluide mit Spektroskopie. Zur Bestimmung der 11B-10B-Isotopenverhältnisse wurde in-situ die Sekundärionenmassenspektrometrie verwendet und an Gesamtproben sowie an Fluiden die Thermionenmassenspektrometrie. Die Minerale der Turmalingruppe eignen sich auf Grund ihrer variablen Zusammensetzung, ihrer weiten Stabilität in Bezug auf Druck und Temperatur und der geringen Diffusivität, die Zonarbau auch bei relativ hohen Temperaturen erhält, hervorragend, um Aussagen über die Fluidentwicklung in einem Gestein abzuleiten, von prograden über Peakbedingungen bis zu retrograder Überprägung. Die Variation der B-Isotopenverhältnisse erlaubt zusätzliche Aussagen über den Fluidfluss, zudem - bedingt durch die extrem große Variationsbreite - auch Aussagen über mögliche Protholithe. Dies wurde an Proben aus drei Gebieten mit unterschiedlichen maximalen Druckbedingungen durchgeführt: Pfitscher Joch (W Tauern) mit Drücken ≤ 10 kbar; Eklogitzone (Zentrale Tauern) mit Drücken ≤ 23 kbar; Kokchetavmassiv (Kasachstan) mit Ultrahochdruckbedingungen. Turmalin hat eine ganz ausgeprägte Affinität zu Na. Nur bei K-betonten Fluiden kann auch bei Ultrahochdruckbedingungen K im Turmalin eingebaut werden. Für das Element Bor ist Turmalin der wichtigste Träger in Gesteinen; Bor wird allerdings nicht nur als BO3-Gruppe eingebaut, sondern ersetzt auch Si im Tetraeder. Dies verursacht eine zusätzliche interkristalline Fraktionierung der Borisotopenverhältnisse 11B/10B, die ein wichtiger Indikator für Fluidbewegungen und Protolithrekonstruktion geworden ist. Die experimentellen Kalibrierungen erlauben eine entsprechende Korrektur für Minerale der Turmalingruppe, die einen entsprechenden Anteil an tetraedrisch koordiniertem B aufweisen. Dabei ist entscheidend, ob die Kristallisation von Turmalin über instabile Zwischenprodukte wie z.B. Jeremejevit entsteht, oder gleich zu stabilem Turmalin geführt hat.
Publications
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