CO2 Diffusion und Entgasung in vulkanischen Schmelzen

• Antragsteller: Dr. Burkhard Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509474999

Das Eruptionsverhalten von Vulkanen wird maßgeblich von den volatilen Bestandteilen des Magmas (hauptsächlich H2O und CO2) beeinflusst. Beim Aufstieg eines volatilreichen Magmas kann es zur dekompressionsinduzierten Blasenbildung mit anschließendem Blasenwachstum kommen. Schließlich kann bei der Eruption eine Fragmentierung erfolgen, was sich in explosiven und gefährlichen Vulkanausbrüchen äußert. Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, einen Beitrag zum besseren Verständnis des Entgasungsverhaltens CO2-reicher, Silikatschmelzen zu leisten. Im Projekt soll die Mobilität (Diffusion) von CO2 in Schmelzen aber auch die direkte CO2 Ausgasung betrachtet werden. Bisherige Studien thematisierten meist die Diffusion und Ausgasung von H2O. Somit besteht Forschungsbedarf hinsichtlich des Verhaltens von CO2, welches die zweithäufigste volatile Komponente in magmatischen Schmelzen darstellt. Die CO2 Diffusion wird mittels Diffusionspaarexperimenten bei hohem Druck und hohen Temperaturen oberhalb des Liquidus mit einer intern beheizten Gasdruckanlage (IHPV) untersucht. Die Schmelzzusammensetzungen, die für die Diffusionsexperimente genutzt werden, orientieren sich an natürlichen vulkanischen Schmelzen vom Stromboli (basaltisch), Popocatépetl (dazitisch) und Vesuv (phonolithisch). Da H2O einen starken Effekt auf die CO2 Diffusion hat und in natürlichen Systemen häufig präsent ist, werden die Versuche bei verschiedenen Wassergehalten durchgeführt. So kann der Einfluss verschiedener Parameter (Schmelzzusammensetzung, H2O Gehalt, Temperatur) auf die CO2 Diffusion systematisch untersucht werden. Das Entgasungsverhalten CO2-reicher Magmen wird mithilfe von Dekompressionsexperimenten in der IHPV untersucht, bei denen ein Magmenaufstieg bei unterschiedlichen Aufstiegsraten simuliert wird. Um lediglich die Entgasung einer volatilen Komponente (CO2) zu erreichen, werden ausschließlich nominell wasserfreie Schmelzen genutzt. Hierfür werden die gleichen basaltischen und phonolithischen Zusammensetzungen wie bei den Diffusionsexperimenten gewählt. Bei den Experimenten werden speziell die Prozesse der Blasennukleation und des Blasenwachstums beleuchtet. Dabei werden die Einflüsse der Dekompressionsrate und Schmelzzusammensetzung evaluiert. Informationen zur Diffusion und Entgasung sind beispielsweise notwendig, um einen Magmenaufstieg zu modellieren und um Eruptionen anhand von vulkanischen Gasemissionen möglichst korrekt vorherzusagen. Mithilfe der gewonnen experimentellen Daten kann zudem ein Vergleich mit dem Diffusions- und Entgasungsverhalten anderer volatiler Bestandteile (hauptsächlich H2O) gezogen werden, sodass natürliche Vulkansysteme besser verstanden werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen