Einschlüsse von "high density fluids" und "dense hydrous minerals" in Diamanten aus dem Bereich des lithosphärischen Erdmantels, der Asthenosphäre, der Übergangszone bis in den Unteren Erdmantel hinein
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die „in-situ“ Untersuchungen von Einschlüssen in Diamanten mit supertiefem Ursprung erbrachten eine ganze Reihe von neuen, fundamentalen Ergebnissen zum Verständnis des geochemischen Haushaltes der Übergangszone des Erdmantels. Die wichtigsten Ergebnisse der Untersuchungen auf „high density fluids“ und „dense hydrous minerals“ sind: – die Entdeckung zweier wasserhaltiger Ringwoodit und ihre koexistierenden Phasen - der Nachweis einer ganzen Reihe von wasserhaltigen Al-Si Phasen, die in ihrer Zusammensetzung auf „Phase EGG“ hinweisen und deren koexistierende Phasen – die Messung von Ca-reichen Einschlüsse (Ca-Karbonate, Ca-Phosphate und Ca,Si-Phasen) als Indikatoren für Karbonatitschmelzen und – die Charakterisierung von Fluideinschlüsse und Fluiden innerhalb Druckentlastungsrissen mit entsprechenden wasserhaltigen Phasenneubildungen. Der Nachweis eines wasserhaltigen Ringwoodits als Hinweis auf den Fluidhaushalt der Übergangszone ist sicherlich hierbei der spektakulärste Neufund, mit dem bisher weitreichendsten wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn. Die Existenz dieses Mg-reichen Ringwoodits belegt eindeutig, dass die Übergangszone des Erdmantels zumindest lokal Fluidführend ist. Wasserreiche Mineralphasen, die Al- und Si-reich sind, weisen auf sedimentären oder kontinentalen Ursprung des eingeschlossenen Materials hin. Die Neufunde ermöglichen hier erstmals eine detaillierte Studie dieser Phasen. In einem Folgeprojekt wird zurzeit die genaue Struktur und Kristallinität der Phase untersucht. Insgesamt mehren sich die Hinweise auf Karbonatit-Schmelzen als Träger und Ursprungsmaterial für zahlreiche nachgewiesene Einschlüsse. Hier sind neben den Karbonaten vor allem die Ca-Si-Phasen ein wichtiger Indikator. Die Existenz der Phase CaSiO3-Walstromite als Reaktionsprodukt zusammen mit seinen Eduktphasen CaSi2O5-Titanite und Ca2SiO4-Larnite belegen eine raschen Transport aus Tiefen von mindestens 300 km zur Oberfläche. Auch hierfür scheinen niedrig-viskose Karbonatitschmelzen das geeignete Transportmedium zu sein. Hochdruckphasen können häufig hohe Gehalte an Fluiden lösen. Bei Druckentlastungen fällt die Löslichkeit rapide ab. Die Bildung von Druckentlastungsrissen ermöglicht das Entweichen der Fluide aus dem Einschluss in die umliegenden, neu gebildeten Risse. In dieser Arbeit wurde deutlich, dass die Abschätzung der ursprünglich gelösten Fluide eine detaillierte Untersuchung der Sprengrisse um die Einschlüsse benötigt. Dies kann nur „in-situ“ erfolgen und zeigt dabei die enorme Wichtigkeit der hier entwickelten und angewandten Methoden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2010) Nanopetrology for pyroxenes: Reconstruction of geodynamic parameters using TEM techniques – In: Brenker & Jordan, EMU-Notes 8, Nanoscopic Approaches in Earth and Planetary Science, 23-52
Brenker, F.E.
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(2010) Recent trends in quantitative aspects of microscopic X-ray fluorescence analysis. - Trends in Analytical Chemistry 29, 464-478
Janssens, K., De Nolf, W., Van Der Snickt, G., Vincze, L., Vekemans, B., Terzano, R. and Brenker, F.E.
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(2010) Spatially resolved 3D micro-XANES by a confocal detection scheme. – Phys. Chem. Chem. Phys., 12, 5653 - 5659
Silversmit, G, Vekemans, B., Nikitenko, S., Schmitz, S., Schoonjans, T., Brenker, F.E. & Vincze, L
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(2010) Synchroton Radiation Micro and Nano Spectroscopy – In: Brenker & Jordan, EMU-Notes 8 Nanoscopic Approaches in Earth and Planetary Science, 169-233
Vincze, L., Silversmit, G., Vekemans; B., Terzano, R. & Brenker, F.
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(2011) Three-dimensional Fe speciation of an inclusion cloud within an ultra-deep diamond by confocal -XANES: evidence for late stage overprint. - Analytical Chemistry 83, 6294-6299
Silversmit, G., Vekemans, B., Appel, K., Schmitz, S., Schoonjans, T., Brenker, F.E., Kaminsky, F. and Vincze, L.
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(2014) A hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond, Nature 507, 221-223
Pearson, D.G., Brenker, F.E., Nestola, F., McNeill, J.C.R., Nasdala, L., Hutchison, M.T., Matveev, S., Mather, K., Silversmit, G., Schmitz, S., Vekemans, B. and Vincze, L.
