Differentierungsprozesse in Magmenkammern - Konvektive vs. diffusive Kristallauflösung

• Applicant: Professor Dr. Harald Behrens
• Subject Area: Mineralogy, Petrology and Geochemistry
• Term: from 2008 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 68134075

Magmeilkammern sind dynamische und sehr heterogene Systeme. Prozesse, die zur Differentierung der Magmen führen, sind of schlecht verstanden. Die Auflösung und Neubildung von kristallinen Phasen spielt dabei eine besonders wichtige Rolle. Auf Grund der höheren Dichte werden Kristalle in der Schmelze absinken. Dadurch kommen sie in eine chemisch veränderte Umgebung, in der sie nicht mehr stabil sind. Diese Ungleichgewichtssituation kann je nach Bedingungen zur Auflösung der Kristalle, aber auch zum Wachstum von neuen Schichten auf den Kristallen fuhren. Die Geschwindigkeit der Kristallauflösung hängt von einer Vielzahl von Parametern ab, so der Relativgeschwindigkeit Kristall/Schmelze, der Viskosität der Schmelze und der Diffusivität und Konzentration der freigesetzten Elemente in der Schmelze. Für den Fall des ruhenden Mediums, in dem die Kristallauflösung vorwiegend durch Diffusion kontrolliert hat, gibt es bereits eine Vielzahl experimenteller Daten. Im Gegensatz dazu ist kaum etwas über das Auflösungsverhalten von absinkenden Kristallen in einer Schmelze bekannt. Experimentelle Daten liegen für Silikate bisher nicht vor, die zu einer Überprüfung der theoretischen Vorstellungen herangezogen werden können. In dem hier vorgeschlagenen Forschungsvorhaben soll die Auflösung von Mineralen (Olivin, Plagioklas, Magnetit) in andesitischen Schmelzen sowohl unter statischen als auch unter dynamischen Bedingungen untersucht werden. Ziel ist es, die Parameter zu quantifizieren, die die Auflösung unter den jeweiligen Bedingungen kontrollieren. Die Experimente werden zuerst bei Umgebungsdruck durchgeführt, um erste Erfahrungen zu sammeln. Hierbei wollen wir die Tragfähigkeit der Theorien auch durch in situ Experimente testen, bei dem die absinkenden Kristalle mit einem Videosystem verfolgt werden. Das ultimative Ziel ist es jedoch, Kristallauflösungsexperimente mit naturnahen (wasserhaltigen) Schmelzen unter P-T Bedingungen durchzuführen, wie sie für Magmenkammern repräsentativ sind (T = 900 - 1100°C, P = 100 - 500 MPa). Durch den Einsatz von Gasdruckapparaturen können großvolumige Proben verwendet werden, was eine Übertragung der Resultate auf makroskopische Dimensionen erleichtern wird.

• DFG Programme: Research Grants