Bedeutung von Ungleichgewicht zwischen Schmelzen und Mineralen in Basalten: eine experimentelle und petrologische Studie über Magmenmischung am Beispiel von primitiven Basalten aus Island

• Antragsteller: David Neave, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 345810429

Ozeanische Basalte bilden einen wichtigen Bestandteil der Erdoberfläche. Sie bestehen überwiegend aus Schmelze-Mineral-Hybriden, die während des Aufstiegs und in Magmareservoiren vermischt werden. Dementsprechend sind auch zahlreiche Anzeichen für Ungleichgewichte aus der Zusammensetzung von Mineralphasen und aus der Untersuchung von Texturen dokumentiert und realistische Modelle, die magmatische Prozesse nachzuvollziehen, müssen diese Beobachtungen berücksichtigen. Die zahlreichen Experimente zur Bestimmung von Phasengleichgewichten und die abgeleiteten thermodynamischen Modelle haben unser Verständnis der Kristallisation von basaltischen Systemen wesentlich vorangebracht. Sie sind jedoch nur bedingt hilfreich um quantitative Daten aus Ungleichgewichts-Merkmalen zu extrahieren. Es müssen dementsprechend neue experimentelle Ansätze entwickelt werden, in denen ein Ungleichgewicht herrscht, um kinetische Prozesse quantitativ zu interpretieren.In diesem Projekt werden experimentelle Untersuchungen bei einem Druck von 300 MPa vorgeschlagen, um nachzuvollziehen, wie die vorhandenen Minerale in basaltischen Magmen auf Änderungen der Temperatur und der Zusammensetzung der koexistierenden Schmelze reagieren. Diese Simulation einer Magmamischung entspricht den Bedingungen (Zusammensetzung, Druck und Temperatur), die in isländischen Basalt-Reservoiren vorhanden sind. Um den Einfluss von Temperatur und Schmelzzusammensetzung klar trennen zu können werden zwei experimentellen Serien durchgeführt. Eine Serie dokumentiert die Reaktion von Mineralen auf Temperaturänderungen (zwischen 1160 und 1280 °C) in einem geschlossenen System. In einer zweiten Serie werden die Reaktion von Mineralen auf die Änderung der chemischen Zusammensetzung der koexistierenden Schmelze bei konstanter Temperatur untersucht. Diese kinetischen Experimente werden nur mit Zusammensetzungen, deren Phasengleichgewichte schon bekannt sind, durchgeführt. Die experimentellen Produkte werden mit der Mikrosonde analysiert um die Änderungen zu charakterisieren (u.a. Wachstum am Rand der Minerale oder Auflösungsreaktionen). Mithilfe von BSE Bildern werden texturelle Informationen wie Mineralgrößenverteilung gewonnen und interpretiert. Die experimentellen Zeitskalen werden so gewählt, dass die natürlichen Bedingungen in Magmakammern von isländischen Basalten reproduziert oder extrapoliert werden können. Die gewonnenen Daten werden primär eingesetzt um Ungleichgewichts-Texturen und -Zusammensetzungen in bekannten isländischen Eruptionen wie Laki (1783-1784) und Holuhraun (2014-2015) quantitativ zu interpretieren. Darüber hinaus werden auch die Bedingungen (Zeit, Temperatur, Mineralgröße) ermittelt, die nötig sind um Mischungsereignisse völlig zu überprägen. Obwohl die Anwendung der gewonnenen Daten auf Island fokussieren, sind die Ergebnisse dieser Studie von breiter Bedeutung, da die meisten Basalte Minerale mit Ungleichgewichtstexturen enthalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Island
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Francois Holtz; Professor Dr. Jürgen Koepke; Professor Dr. Olivier Namur
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Enikö Bali; Professor Dr. Harald Behrens; Dr. Sæmundur Halldórsson; Professor Dr. Thorvaldur Thordarson