In-situ Charakterisierung von Spurenelement-Signaturen, mit besonderer Berücksichtigung der REE Gehalte, Ca-reicher Mineral- und Fluid-Einschlüsse in Diamanten einer Fundstelle mit supertiefem Ursprung.

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Erich Brenker
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427321448

Spurenelement-Muster, einschließlich der relativen Häufigkeit von seltenen Erden (REE), sind ein wichitges Hilfsmittel den Ursprung und die geologische Geschichte von Mineralen und Gesteinen zu entschlüsseln. Obwohl diese Signaturen und die zugehörigen Prozesse für krustale Bereiche und den lithosspärischen Erdmantel recht gut verstanden sind, sind Daten von Proben der tieferen Erde nur spärlich vorhanden.Untersuchungen der REE-Muster von Einschlüssen in Diamanten mit einem angenommenen supertiefen Ursprung (Asthenosphärischer oberer Erdmantel, Übergangszone und unterer Erdmantel) belegen, dass CaSiO3-Perowskit wahrscheinlich der Hauptträger der Spurenelemente der tiefen Erde ist. Für die meisten Gesteinszusammensetzungen konnte experimentell gezeigt werden, dass eine freie CaSiO3-Phase nur in Druckbereichen, die Tiefen der unteren Übergangszone oder des unteren Erdmantels entsprechen, existieren. Nichtsdestotrotz, konnte bei einigen CaSiO3-Einschlüssen, die wahrscheinlich karbonatitischen Schmelzen entstammen, eine Herkunft aus dem oberen Edmantel belegt werden.Im vorgeschlagenen Projekt planen wir eine Reihe von zerstörungsfreien "in-situ" Messtechniken anzuwenden. Eine zentrale Technik wird hierbei eine von uns verbesserte und zum Teil neu entwickelte Messung mittels Synchrotronstrahlung sein. Die wichtigste Aufgabe wird es hierbei sein, die REE-Signaturen und das Spurenelementinventar Ca-reicher und somit potentiell REE-reicher Mineral- und Fluideinschlüsse, mit einem angenommenen supertiefen Ursprung, quantitativ zu bestimmen. Das Hauptziel ist die Charakterisierung und der Vergleich von Untergruppen mit unterschiedlichen angenommenen Tiefen und Bildungsprozessen. Diese schließen Suiten mit wahrscheinlichem Ursprung im unteren Erdmantel (CaSiO3+MgSiO3+-MgO), der Übergangszone (CaSiO3+Ringwoodite) oder dem oberen Erdmantel (CaSiO3+Ca2SiO4) ein, und berücksichtigen CaSiO3-CaTiO3 Verwachsungen, Ca-Karbonate, Ca-Phosphate und die zugehörigen eingeschlossenen REE-reichen Fluide.Im Kontrast zu allen bisherigen Bemühungen, sind wir auf der Grundlage unserer neuen messtechnischen Verbesserungen am DESY (Hamburg) und der ESRF (Grenoble) nun in der Lage, REEs von Einschlüssen, die sich noch im ungeöffnetem Zustand befinden, mit einer räumlichen Auflösung von deutlich unter einem Mikrometer quantitativ zu bestimmen. Dies ermöglicht die Messung sehr kleiner (< 1 Mikrometer), sehr fragiler (z.B. Karbonate) oder sehr komplexer Einschlüsse und der umgebenden Fluidfilme. Diese Art der Messung ist nun erstmalig durch die Nutzuung einer neuen Plattendetektortechnologie möglich, welche eine schnelle und simultane Wellenlängen-dispersive XRF Analyse aller REE mit einer hohen räumlichen Auflösung (~ 100nm) und geringen Nachweisgrenzen (< 1ppm) ermöglicht. REE- und Spurenelement-Muster stellen kritische Parameter von Mineralen und Gesteinen dar, die es erlauben werden die Quellregion und die Prozesse im tieferen Ermantel besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, Italien, Kanada, USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Fabrizio Nestola; Dr. Steven Shirey; Professor Dr. Thomas Stachel; Professor Dr. Laszlo Vincze