Diffusionsbedingte Isotopenfraktionierung in Feldspäten, Kettensilikaten und Oxiden

• Antragsteller: Dr. Martin Oeser-Rabe; Professor Dr. Stefan Weyer, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405665352

In diesem Projekt soll die diffusionsbedingte Fraktionierung von Metall-Isotopen (Fe, Mg, Li) in solchen magmatischen Mineralen quantifiziert werden, für die diffusive Isotopeneffekte bislang nur sporadisch mit in-situ Analysetechniken untersucht wurden. Im ersten Teil des Projekts stehen die Diffusion von Li und die damit verbundene Li-Isotopenfraktionierung in Feldspäten (Kalifeldspat, Plagioklas) im Fokus unserer Untersuchungen. Frühere Studien haben die schnelle Diffusion von Li in Plagioklas genutzt, um die Zeitskalen kurzlebiger geologischer Prozesse mittels Diffusionschronometrie zu ermitteln. Die Kombination chemischer Diffusionsprofile mit isotopischen Diffusionsprofilen in natürlichen Plagioklas- und anderen magmatischen Kristallen stellt zwar einen vielversprechenden Ansatz dar, um Zeitskalen genauer abzuschätzen. Allerdings wurden bisher keine Diffusionsexperimente durchgeführt, um die Größe der diffusionsbedingten Li-Isotopenfraktionierung in Feldspäten zu quantifizieren. Darüber hinaus ist die Diffusionsgeschwindigkeit von Li in Kalifeldspat (ebenso wie in Amphibol) gänzlich unbekannt. Wir wollen daher sorgfältig konzipierte Diffusionsexperimente durchführen, um die Li-Diffusion in Kalifeldspat zu kalibrieren. Anschließend wird die diffusionsbedingte Li-Isotopenfraktionierung in Feldspäten insgesamt untersucht. Hierfür stehen auch gut charakterisierte Plagioklas-Kristalle von Diffusions-experimenten aus der 1. Förderphase der Forschungsgruppe zur Verfügung. Im zweiten Teil des Projekts legen wir den Fokus auf die Quantifizierung der diffusionsbedingten Isotopenfraktionierung von Fe und Mg in Pyroxen, Amphibol und Spinell. Auch die Li-Isotopenfraktionierung in Amphibol soll untersucht werden. Natürliche Pyroxen-, Amphibol- und Spinell-Minerale magmatischen Ursprungs zeigen mitunter große Fe-Mg- (und Li-) Isotopenvariationen. Allerdings ist die Interpretation dieser Variationen aufgrund fehlender experimenteller Daten zum Ausmaß der diffusionsbedingten Isotopenfraktionierung schwierig. Die Bestimmung der Fe-Mg-Diffusionsraten in den genannten Mineralphasen ist ein Ziel der Projekte #1 und #2 in der zweiten Förderphase. Somit werden sich mit der hier geplanten, komplementären Untersuchung der Fe-Mg-Isotopenfraktionierung intensive Interaktionen zwischen den drei Projekten ergeben. Die hochpräzisen Analysen der Isotopenverhältnisse sowie der Spurenelement-Konzentrationen (v.a. Li) werden mit hoher Ortsauflösung mittels Laser-Ablation gekoppelt mit Plasma-Massenspektrometrie durchgeführt. Dabei soll auch eine neue Tiefenprofil-Messtechnik eingesetzt werden, die in der 1. Förderphase entwickelt wurde. Die beobachtete Isotopenfraktionierung sollte auch Hinweise auf den Diffusionsmechanismus der verschiedenen Elemente (Fe-Mg-Li) in den untersuchten Mineralphasen geben. Dies wird am Ende auch zu einem besseren generellen Verständnis der Isotopenfraktionierung führen, die durch Diffusion in Mineralen erzeugt wird.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2881: Diffusions-Chronometrie von magmatischen Systemen