HFSE Anreicherung in Karbonatiten und assoziierten Peridotit-Melilitholit-Foidolit-Komplexen: die Rolle von Fraktionierung und Metasomatose in lagerstättenbildenden Prozessen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Michael Marks; Privatdozent Dr. Benjamin Walter
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521502267

Karbonatite, die mit ultramafischen Gesteinen, Melilitholiten und Foidoliten assoziiert sind, zeigen in manchen Fällen HFSE-Vererzungen, in anderen nicht. Der Gardiner- (Ostgrönland) und der Kovdor-Komplex (Russland) sind herausragende Beispiele für diese gegensätzliche Vererzung und sollen im Rahmen dieses Projektes untersucht werden. In Kovdor zeigen die Karbonatite eine deutliche HFSE-Vererzung, während nur wenige HFSE-Phasen in assoziierten Silikatgesteinen vorkommen. Am Gardiner-Komplex zeigen dagegen die Melilitholite Anreicherungen an HFSE-reichem Perowskit, während die assoziierten Karbonatite erzfrei sind. Die Ergebnisse unserer vorangegangenen Studie (DOME 1) deuten darauf hin, dass die ultramafischen Gesteine und Melilitholite von Gardiner als Kumulate von Ti-reichen, silikatischen Mantelschmelzen gebildet wurden. Ultramafische Gesteine von Kovdor sind dagegen calcit- und biotitreich, zeigen keine Kumulattexturen und sind stark verarmt an kompatiblen Elementen (z.B. Ni, Cr). Dies steht im Widerspruch mit einer Kumulatbildung und spricht vielmehr für eine metasomatische Bildung durch die Reaktion von Karbonatitschmelzen mit silikatischen Nebengesteinen. Im vorliegenden Projekt sollen beide Komplexe verglichen und die Prozesse aufgeklärt werden, die zur HFSE-Anreicherung zum einen in frühen Kumulatgesteinen (Gardiner) und zum anderen in spätmagmatischen Karbonatiten (Kovdor) führen. Im Falle, dass Silikatgesteine in solchen Komplexen durch Metasomatose des Umgebungsgesteins durch Karbonatitschmelzen des Mantels entstehen, sollte die HFSE-Anreicherung dieser Gesteine allein von der Karbonatitschmelze und nicht von Fraktionierungsprozessen innerhalb von Silikatschmelzen abhängen. Dies hätte unterschiedliche Anreicherungs- und Fraktionierungsmuster zur Folge (z. B. Zr/Hf, Nb/Ta, La/Lu). Um dies zu überprüfen, werden zwei komplementäre Analysestrategien anwendet: (1) Schmelz- und Fluideinschlüsse in allen wesentlichen Gesteinseinheiten werden mittels modernen Methoden (Re-Homogenisierung, Mikro-Thermometrie, konfokale Raman-Spektroskopie, hochauflösende Röntgentomographie, EPMA, LA-ICP-MS) untersucht, und (2) radiogene Isotopenzusammensetzungen (Sr-Nd-Pb) werden durch in-situ-Methoden (LA-ICP-MS) und mittels ID-TIMS bestimmt. Diese Stude wird neue Erkenntnisse über die Art und Zusammensetzung der Ursprungsschmelze während verschiedener Entwicklungsstadien, sowie die damit assoziierten Elementanreicherungsprozesse liefern. Zusammen mit Informationen über isotopische Unterschiede auf der Skala vom gesamten Komplex bis hin zu einzelnen Mineralkörnern wird dies aufklären, ob die mit Karbonatiten assoziierten Silikatgesteine tatsächlich Produkte einer Metasomatose zwischen Karbonatit und krustalem Nebengestein sind. Dies hätte wichtige Implikationen für die HFSE-Lagerstättenbildung in Karbonatit-Alkalisilikatgesteins-Komplexen, welche in Art und Zeitpunkt stark davon abhängt, ob magmatische oder metasomatische Prozesse dominieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2238: Dynamik der Erzmetallanreicherung - DOME
• Internationaler Bezug: Dänemark, Kanada
• Mitverantwortliche: Professor Roman Botcharnikov, Ph.D.; Tobias Fusswinkel, Ph.D.; Professor Dr. Francois Holtz; Professorin Dr. Marion Tichomirowa; Ilya Veksler, Ph.D.
• Kooperationspartner: Dr. Troels Nielsen; Dr. Matthew Steele-McInnes