Ce Isotopenmessungen offenbaren die Rolle von recycelten Sedimenten und die Ursache der zeitlichen Variabilität der Mantelquelle des Hawaii plumes

• Antragsteller: Professor Andreas Stracke, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413928377

Der Hawaiianische Mantel-Plume ist der bedeutendste Mantel-Plume. Dessen geochemische und geophysikalische Untersuchung ergab wichtige Erkenntnisse über die Funktionsweise von Mantel-Plumes, die Ursache der stofflichen Heterogenität des Erdmantels, und die stofflichen Kreisläufe zwischen der Erdoberfläche und dem tiefen Erdmantel. Trotz zahlreicher Studien existieren widersprüchliche Modelle über die Ursachen der beobachteten chemischen Variabilität der Hawaiianischen Laven. Deshalb sind neuartige Analysen notwendig, um weitere Erkenntnisse über die Zusammensetzung des Hawaiianischen Mantel-Plumes zu gewinnen. Letztere sollen durch die Messung der Ce Isotopenverhältnisse in umfangreich geochemisch charakterisierten Laven der Hauptbildungsphase des Koolau Vulkans auf der Insel Oahu und von Laven im Übergang der Haupt-zur Spätphase des Vulkanismus auf der Insel Niihau, gewonnen werden. Die tholeiitischen Laven der Makapu’u Phase des Koolau Vulkans, und der Spätphase des Vulkansimus auf der Insel Niihau haben höhere Hf für vergleichbare Nd Isotopenverhältnisse als andere Hawaiianische Laven. In beiden Fällen wurde als Ursache das Vorhandensein von recycelten Karbonaten oder pelagischen Sedimenten in deren Mantelquelle postuliert. Andere Modelle schlagen Schmelz-oder Metasomatoseprozesse vor, ohne die Notwendigkeit für recycelte Materialien. Aufgrund der grossen Spannbreite der Mutter-Tochter Elementverhältnisse La/Ce und Lu/Hf relativ zu Sm/Nd in Sedimenten, sind kombinierte Ce-Nd-Hf Isotopenverhältnisse das ideale Mittel, um nicht nur das eventuelle Vorhandensein, sondern auch die Art des Sediments in der Hawaiianischen Mantelquelle zu bestimmen. Im Rahmen des Projekts konnte eine Methode zur Messung von hochpräzisen Ce isotopenverhältnissen entwickelt werden. Diese erlauben eine eindeutige Unterscheidung zwischen den beiden vorherrschenden Thesen, dem Vorhandensein von pelagischen Sedimenten gegenüber internen Mantel-Mmetasomatoseprozessen, was sich auch auf Mantelschmelzen im Allgemeinen anwenden lässt. Im Speziellen werden Ce Isotopen-verhältnisse an ausgewählten Proben in Kombination mit den bereits vorhandenen Hf-Nd-Sr-Pb Isotopen- sowie Haupt- und Spurenelementdaten zeigen, ob recycelte Karbonate oder pelagische Sedimente in der Hawaiianischen Mantelquelle vorhanden sind. Die Ce Isotopendaten werden auch zur Klärung beitragen, ob Ce-Nd Isotopendaten in Mantelschmelzen ein eng definiertes Band durch den chondritischen Referenzpunkt bilden. Letzteres wird wichtige Erkenntnisse über die Gesamtzusammensetzung der silikatischen Erde und die Prozesses welche deren stoffliche Entwicklung steuern, liefern. Das beantragte Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit Prof. Michael Bizimis, University of South Carolina, USA, durchgeführt werden. Prof. Bizimis ist im Besitz der relevanten Proben, hat den bereits vorhandenen umfangreichen geochemischen Datensatz generiert und wird and der Ce Isotopenanalyse mitwirken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Michael Bizimis