Stabilitäten und Eigenschaften von Cr-haltigen Hochdruck-Oxidphasen mit Fokus auf (Mg,Fe2+)3Fe2O6-Mischkristallen – Hinweise auf mögliche Vorläuferphasen in Einschlüssen in Diamant

• Antragsteller: Professor Dr. Alan Butler Woodland
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504772250

Eine Vielfalt an Fe-Oxidphasen mit unterschiedlichen Stöchiometrien und Kristallstrukturen sind seit geraumer Zeit bekannt dafür unter Hochdruck-Bedingungen des oberen Erdmantels und der Übergangszone stabil zu sein. Dazu zählen Fe4O5 and Fe5O6, zwei Phasen, die über einen großen Druck- und Temperaturbereich stabil sind. Solche Phasen können unteranderem als akzessorische Phase in Erdmantelparagenesen vorkommen und bei dem Prozess der Diamantbildung involviert sein. Neben dem Auftreten von Hochdruck-Polymorphen von Fe-Cr-Oxiden in Meteoriten, deuten strukturelle Untersuchungen an einem Magnetit-Einschluss in einem sublithosphärischen Diamant darauf hin, dass eine Vorläuferphase vorhanden gewesen sein musste, die möglicherweise eine Fe4O5- oder Fe5O6 -Stöchiometrie besaß. Ob Fe5O6 als glaubhafte „Post-Spinell“ Phase in Betracht gezogen werden kann, hängt von seiner kristallchemischen Fähigkeit, Nebenelementen wie Cr einbauen zu können, ab, da solche Elemente oft im Chemismus der Mineraleinschlüsse nachgewiesen wurden. Jedoch liegt keinerlei Information zum Einbau (Löslichkeit) von Cr in die Fe5O6-Struktur vor. Es ist ebenfalls unbekannt, ob Mg-reiche Fe5O6 Phasen oder sogar andere Mg-reiche Oxidphasen wie Mg4Fe2O7 durch den Einbau von Cr stabilisiert werden können. Derzeit existieren nur indirekte Hinweise zur Stabilität einer „O7“-Phase. Das Ziel dieses Projektes ist die experimentelle Untersuchung des Einbaus von Cr in Erdmantel-relevante Hochdruck-Fe-Mg-Oxidphasen. Der Fokus wird hierbei auf der Untersuchung der Stabilitäten von Cr-haltigen „O6“-strukturierten Phasen liegen. Das Projekt verfolgt zwei wesentliche Ziele: 1) experimentell festzustellen, ob die Endglieder Fe3Cr2O6 und Mg3Cr2O6 stabil sind, und 2) das Ausmaß der Cr-Löslichkeit in (Mg,Fe2+)3Fe3+2O6 zu bestimmen. Projektteil 1 besteht aus einer Serie von Multi-Anvil Experimenten die bei 14-20 GPa und 1300° und 1500°C durchgeführt werden, unter Verwendung von zuvor synthetisierter Cr-Spinelle und Oxiden als Startmaterialien. Experimente, die zur Studie des Mg3Cr2O6-Endglieds dienen, werden auch Hinweise auf die Stabilität einer möglichen Mg4Cr2O7-Phase liefern können, dessen Struktur derzeit noch nicht bekannt ist. Die experimentelle Vorgehensweise im zweiten Teilprojekt hängt in erster Linie von den Ergebnissen des Ersteren ab. Dennoch werden Experimente im Fe2+3Fe3+2O6 – Fe2+3Cr2O6 binären System durchgeführt; zusammen mit weiteren Mg-haltigen Zusammensetzungen. Anhand der Erkenntnisse zur Systematik des Cr-Einbaus in den Fe5O6-Strukturtyp unter hohem Druck und Temperatur werden wir in der Lage sein, zu beurteilen, ob eine „O6“-Phase als Einschluss oder als Vorläuferphase in sublithosphärischen Diamanten zu erwarten wäre. Darüber hinaus werden wir kristallchemische Daten zu Cr-haltigen Fe5O6 Mischkristallen liefern können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Tiziana Boffa Ballaran