Druck und Temperaturabhängigkeit des Fe2+/Fe3+-Verhältnisses in Omphazit zur Neukalibrierung des Fe-Mg-Geothermometers

• Antragsteller: Dr. Stefan Helmut Lauterbach
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 27603878

Eisen liegt in Omphaziten, (Ca,Na)(Mg,,AI,Fe2+,Fe3+)Si2O6, als zwei- und dreiwertiges Kation vor. Mit der Mikrosonde wird der Gesamt-Eisen-Gehalt bestimmt, ohne zwischen Fe2+- und Fe3+-Anteil zu unterscheiden. Dieser Gesamt-Eisen-Gehalt findet als Fe2+-Anteil in der Geothermometrie von Hochdruck (HP) - und Ultra-Hochdruck (UHP) - Eklogiten Eingang. Die so erhaltenen Temperaturen streuen oft über mehrere hundert Grad, was in hohem Maße auf die Nichtberücksichtigung des Fe3+ zurückzuführen ist. Rechnerische Korrekturen basierend auf rein stoichiometrischen Betrachtungen und bisherige analytische Methoden zur Bestimmung von Fe3+ sind unzulänglich. Auch blieb bei experimentellen Kalibrierungen das Fe2+/Fe3+-Verhältnis bislang unberücksichtigt. Daher wird in dem vorliegenden Neuantrag die experimentelle Neukalibrierung eines Geothermometers vorgeschlagen, dass das Fe2+/Fe3+- Verhältnis einbezieht. Die wesentliche Messmethode zur Bestimmung des Fe2+/Fe3+- Verhältnisses ist Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie (EELS) in Verbindung mit Transmissions- elektronenmikroskopie. Zur Erfassung der lokalen chemischen Zusammensetzung soll die Energie-dispersive-Röntgenmikroanalyse (EDX) am Transmissionselektronenmikroskop (TEM) dienen. Die damit gewonnenen Daten werden mit den Ergebnissen der EELS kombiniert und ermöglichen so die quantitative Bestimmung des Fe3+- bzw. Fe2+-Gehaltes mit hoher Ortsauflösung. Dank der hohen lateralen Auflösung von TEM/EELS und EDX reichen Austauschgleichgewichte im Sub-Mikrometer-Bereich aus, so dass die experimentellen Untersuchungen erstmals zu Temperaturen unterhalb 800 °C ausgedehnt werden können. Damit kann die bisher notwendige Extrapolation der experimentellen (HT)-Ergebnisse für niedrigere Temperaturen mit zusätzlichen Daten gestützt werden. Das neu-kalibrierte Geothermometer wird auf gut bekannte HP-Eklogite (Barnert 2003) des Tauernfensters angewandt, um eine quantitative Überprüfung der gewonnenen Daten zu gewährleisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Hans-Joachim Kleebe