Experimentelle Untersuchung der Wasserdiffusion in phonolithischen Schmelzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Wasserdiffusion in Sitikatschmelzen ist ein wichtiger Parameter für die Entwicklung der Magmendynamik bei vulkanischen Eruptionen. Die Entgasung von fluiden Phasen (insbesondere H2O) ist eine wichtige Triebkraft für explosiven Vulkanismus. Dabei ist die Wasserdiffusion in der Schmelzphase ein bestimmender Faktor für die Nukleation von Blasen und deren Wachstum beim Magmenaufstieg. Obwohl Phonolithe wichtige Vertreter intermediärer Magmen sind und wegen ihrer hohen Volatilgehalte (insbesondere H2O) zu explosivem Vulkanismus neigen, ist die Wasserdiffusion in phonolithischen Schmelzen bisher noch nicht untersucht worden. Deshalb wurde in diesem Projekt die Diffusion von Wasser in phonolithischen Schmelzen in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Wassergehalt experimentell ermittelt. Aber auch der Effekt der genauen chemischen Zusammensetzung wurde anhand von drei unterschiedlichen Phonolithschmelzen untersucht, die charakteristisch für drei Vulkankomplexe Europas sind, nämlich Teide (Montana Bianca), Teneriffa, Spanien; Laacher See, Osteifel. Deutschland und Vesuv, Italien. Die experimentell untersuchten Bedingungen lagen weitgehend im Bereich von natürlichen phonolithischen Schmelzen, d.h. es wurden Daten für Temperaturen von 800 bis 1050 °C, Wassergehalte von 2 bis 6 Gew.% bei einem Druck von 2000 bar gesammelt. Umfassende Datensätze, die sowohl die Temperaturabhängigkeit der Wasserdiffusion als auch deren Abhängigkeit von der Wasserkonzentration in der Schmelze beschreiben, konnten lediglich für die Zusammensetzung des Montana Bianca Phonoliths (MBP) und des Laacher See Phonoliths (LSP-ll) gewonnen werden, nicht aber für den Phonolith des Vesuvs wegen experimenteller Schwierigkeiten. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl mit zunehmenden Wassergehalten als auch mit steigender Temperatur die Diffusionskoeffizienten zunehmen. Im experimentell untersuchten Bereich liegen alle bestimmten Diffusionskoeffizienten etwa zwischen 10 -7.0 und 10 -5.8 cm2/s. Die Abhängigkeit vom Wassergehalt ist bei allen Proben ähnlich und liegt etwa zwischen 0.15 und 0.25 logD [cm2/s]/Gew.%. Die Temperaturabhängigkeit der Wasserdiffusion scheint mit abnehmendem Wassergehalt zuzunehmen, was sich in einer steigenden Aktivierungsenergie widerspiegelt. Die Abhängigkeit von der genauen Phonolithzusammensetzung ist gering und macht zwischen peralkalischer MBP und peraluminöser LSP-ll Schmelze lediglich 0.2 ± 0.05 logD [cm2/s] aus, was etwa einem Faktor von 1.5 in der Diffusionsgeschwindigkeit entspricht. In dieser Arbeit konnten erste Datensätze zur Wasserdiffusion in Phonolithschmelzen in Abhängigkeit von Temperatur, Wasserkonzentration und chemischer Zusammensetzung ermittelt werden. Diese Daten werden in zukünftige Wasserdiffusionsmodelle für Silikatschmelzen einfließen können, die dazu benötigt werden, um das Entgasungs- und Eruptionsverhalten von natürlichen Magmen zu modellieren. Sie werden daher dazu beitragen, die ablaufenden Prozesse bei Vulkaneruptionen besser verstehen zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Eighth Silicate Melt Workshop, La Petite Piene, France, 2007: (2007) Water diffusion in phonolite melts. Conference Abstracts
Schmidt, B.C. and Flagmeier, J.
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86. Jahrestagung der DMG, Berlin, Germany, 2008: (2008) Water diffusion in phonolitic melts Conference Abstracts. S06T06
Schmidt, B.C., Flagmeier, J., Blum-Oeste, N.
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Twelfth International Symposium on Experimental Mineralogy, Petrology and Geochemistry, Innsbruck, Austria, 2008: (2008) Water diffusion in phonolitic melts EMPG XII, Conference Abstracts. 89
Schmidt, B.C., Flagmeier, J., Blum-Oeste, N.
