Zwei-Phasenströmung von thermisch nicht equilibrierter Schmelze in eine kompaktierenden Matrix: Einblicke in Schmelzaufstieg und Initiierung von Dikes im oberen Mantel

• Antragstellerin: Dr. Laure Chevalier
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403710316

Die Erzeugung ozeanischer und kontinentaler Kruste ist eng mit dem Aufstieg von Flüssigkeit, hier Schmelzen, verbunden , die in Regionen mit Supersolidus-Temperaturen durch partielles Schmelzen erzeugt werden, und die unter Subsolidus-Temperaturbedingungen in Platznahme-Zonen wie Lagergängen, Plutonen oder als vulkanischen Produkte gefrieren. Schmelzaufstieg ist sowohl in Super-, als auch in Subsolidus-Regionen erfolgreich modelliert worden, und zwar einerseits als poröse Zweiphasenströmung von Schmelze in einer kompaktierenden Matrix, und andererseits als propagierende Dykes durch festes Umgebungsgestein. Die Schmelztransportprozesse im Übergangsbereich von Super- zu Subsolidus-Regionen sind dagegen bisher nur schlecht verstanden. Während des Schmelzaufstiegs vereinigen sich die Wegsamkeiten zunehmend zu Kanälen, deren Abstände sich vergrößern, und der Schmelztransport erfährt einen Übergang von thermisch equlilibriert zu thermisch nicht equilibriert mit dem Umgebungsgestein. Obwohl die Ausbildung eines thermischen Ungleichgewichtes in Supersolidus-Regionen ein Schlüssel für den Schmelztransport nahe des Überganges zu Subsolidus-Regionen sein könnte, wurde thermisches Ungleichgewicht noch nie in Zwei-Phasenströmungs-Modellierungen im Zusammenhang mit Schmelzaufstieg berücksichtigt. In diesem Projekt soll der Einfluss von thermischem Ungleichgewicht auf Schmelzsegregation und –transport in Supersolidus-Regionen und auf die Initiierung von Dikes nahe der Übergangszone zu Subsolidus-Regionen untersucht werden. Basierend auf der Formulierung von Schmeling et al. (2017) zum thermischen Ungleichgewicht in porösen Strömungen werden wir ein thermisches Ungleichgewichtsmodell für Zwei-Phasenströmung einwickeln. Mit diesem Modell sollen der Einfluss thermischer Effekte auf Schmelzsegregation und –transport untersucht werden. Die Ergebnisse sollten interessante Einblicke in den Prozess der Dike-Initiierung geben. In Zusammenarbeit mit Herbert Wallner, Harro Schmeling und Eleonora Rivalta werden wir diese Information nutzen, um ein selbst-konsistentes numerisches Modell für Schmelzmigration aus tiefen Aufschmelzzonen bis zu endgültigen Platznahmezonen zu entwickeln, wobei insbesondere die Evolution des Schmelztransportes an der Übergangszone von Super- zur Subsolidus-Temperaturen berücksichtigt wird. Dieses Post-Doc-Projekt wird an der Goethe Universität, Frankfurt am Main, in der Geophysik Arbeitsgruppe durchgeführt. In dieser Arbeitsgruppe wird die Antragstellerin speziell mit Harro Schmeling und Herbert Wallner zusammenarbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Eleonora Rivalta, Ph.D.; Professor Dr. Harro Schmeling; Dr. Herbert Wallner