Bestimmung der Abkühlgeschichte magmatischer Intrusionen mittels Diffusions-Geochronometrie

• Antragstellerin: Dr. Kathrin Faak
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325004842

Die Abkühlung und Kristallisation von Magma im Erdinneren ist ein wichtiger Mechanismus zur Abkühlung der Erde. Ein direkt damit verknüpfter Prozess ist die hydrothermale Zirkulation von Fluiden, welche z.B. für die Bildung großer Erzlagerstätten verantwortlich sind. Unser Wissen über die Abkühlung magmatischer Intrusivkörper basiert jedoch hauptsächlich auf Modellberechnungen und nur wenige quantitative Eckdaten über die Abkühlgeschichte sind verfügbar. Verschiedene Arten des Wärmetransport (z.B. Konduktion, hydrothermale Zirkulation, Konvektion in der Schmelze) hinterlassen deutlich unterschiedliche Muster der Abkühlrate über ein bestimmtes Temperaturintervall. Im Rahmen dieser Studie sollen Abkühlraten in verschiedenen räumlichen Positionen eines Intrusivkörpers ermittelt werden. Dies ermöglicht zu unterscheiden, welcher der möglichen Abkühlmechanismen in einer Intrusion dominiert hat. Quantitative subsolidus Abkühlraten natürlicher Gesteine sollen durch die Anwendung verschiedener Diffusions-Chronometer bestimmt werden (das kürzlich entwickelte Mg-in-Plagioklas und das etablierte Ca-in-Olivin Geospeedometer). Durch die Benutzung zweier unabhängiger Methoden wird die Belastbarkeit und Konsistenz der ermittelten Abkühlraten sichergestellt. Die gewonnen Daten werden mit Vorhersagen zu Abkühlraten aus analytischen und numerischen Wärmetransportmodellierungen verglichen, um die dominanten Mechanismen des Wärmetransports zu ermitteln. Im ersten Schritt soll der relativ einfache Fall von einzelnen Sill-Intrusionen untersucht werden, wo sowohl die Geometrie des Intrusionskörpers als auch die Intrusionsgeschichte bekannt sind. Abkühlraten für unterschiedliche Positionen innerhalb des gleichen Sills (d.h. entlang eines Profils vom oberen zum unteren Kontakt mit dem Nebengestein) erlauben Aussagen über das Ausmaß und den Effekt von hydrothermaler Zirkulation auf die Abkühlung des Sills. In einem zweiten Schritt möchten wir uns größeren, komplexeren magmatischen Systemen zuwenden, sogenannten Layered Intrusions, die entweder durch einen einzigen Magmenschub produziert wurden (z.B. die Skaergaard Intrusion) oder des Resultat mehrere episodischer Magenschübe sind (z.B. der Bushveld Komplex). Durch die Auskartierung von Abkühlraten in verschiedenen Layered Intrusions werden Informationen über die Zeitskalen der Subsolidus-Abkühlgeschichte, sowie über die thermische Struktur und Entwicklung der Intrusion gewonnen. Als ein Ergebnis dieser Studie werden die Art von Wärmetransport und Abkühlung in magmatischen Intrusivkörpern besser bestimmt sein. Dies ist auch ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Genese von Erzlagerstätten, deren Bildung mit der Zirkulation hydrothermaler Fluide in magmatischen Systemen verbunden ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Olivier Namur
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Marian Holness, Ph.D.