Die Löslichkeiten der volatilen Komponenten Schwefel und Chlor in H2O-haltigen Andesiten des Krakatau und Basalten des Ätna
Final Report Abstract
Die experimentelle Studie über die Löslichkeit von H2O-Cl Fluiden in Basaltschmelze des Ätna bei 1050 °C, 200 MPa und einer Sauerstofffugazität von logfO2 ~FMQ+1 ergab, dass im Bereich einer Cl-Konzentration der Schmelze von 0 bis 2.5 Gew% die H2O-Löslichkeit deutlich von 4.6 auf 5.4 Gew% ansteigt und die Cl-Sättigung der Schmelze bei etwa 4 Gew% erreicht wird. Die nichtlineare Beziehung zwischen den H2O- und Cl-Konzentrationen der basaltischen Schmelze und den koexistierenden Fluidphasen belegen ein deutlich nichtideales Mischungsverhalten der Fluidkomponenten. Der Verteilungskoeffizient (Kd´Cl ) von Cl zwischen Fluid(en) und Schmelze steigt exponentiell von 0.04 auf 14 mit zunehmendem Cl-Gehalt der Schmelze und zeigt eine nahezu lineare Abhängigkeit zur Gesamt Cl-Konzentration des Fluids. Die Kd´Cl Werte <1 werden bei Cl- Gehalten der Schmelze <1 Gew% beobachtet. Dies zeigt, dass in den Magmen des Ätna mit Cl Gehalten von ~0.2 Gew% das Cl bei beginnender Entgasung bevorzugt in der Schmelze verbleibt. Für die Bestimmung der S-Löslichkeit in H2O-haltigen basaltischen Schmelzen des Ätna bei 1050-1205 °C, 200 MPa sowie FeS- und Anhydrit-Sättigung (FMQ bis FMQ+2.2) wurde eine Olivin-Doppelkapsel-Technik angewendet und weiterentwickelt. Basierend auf den experimentellen Daten wurde ein vereinfachtes empirisches Modell erstellt, um magmatische Temperaturen, die S-Löslichkeit und die fO2 in olivingesättigten basaltischen Systemen abzuschätzen. Hierzu wurde der MgO-Gehalt der Schmelze als Temperaturindex verwendet. Die Anwendung dieses Models auf die natürlichen, relativ oxidierenden Schmelzen des Ätna ergibt Temperaturen und S-Löslichkeiten von ~1025-1125°C und ~0.25 bzw. 0.4 Gew% S für die juvenilen S-reichen Schmelzen, sowie ~1025°C und ≤ ~0.1 Gew% S für teilentgaste Schmelzen. Aufgrund der hohen S-Konzentrationen der Schmelzen des Ätna bis zu 0.35 Gew% S bei ~1025-1050°C und bis zu 0.2 Gew% S bei ~1025- 1050°C kann für das magmatische System eine höhere fO2 als FMQ+1 angenommen werden. Fluidgesättigte S- und Cl-Verteilungsexperimente bei 1050°C wurden zwischen Cl-H2O- bzw. Cl-S-H2O-Fluiden und Basaltschmelze des Ätna bei 100 und 200 MPa und ~FMQ+0.5 bis FMQ+4 sowie zwischen dazitischer Schmelze des Krakatau und Cl-H2O- bzw. S-H2O-Fluid bei 200 MPa und~FMQ+0.5 durchgeführt. Die Verteilung von S und Cl zwischen Fluiden und Schmelzen zeigt ein deutlich nichtlineares Verhalten. Das S/Cl-Verhältnis im Fluid wurde mit der S- Konzentration der koexistierenden Schmelze korreliert, unter Berücksichtigung eines konstanten Cl-Gehaltes der natürliche Schmelzen des Ätna (0.15-0.2 Gew% Cl). Angewendet auf in situ gemessene S/Cl-Verhältnisse der während der 2002-2003 Eruption des Ätna freigesetzten Gase ergibt sich für Phasen passiver Entgasung (S/Cl ~7) eine S-Konzentration der Schmelze von ~0.3 Gew%, übereinstimmend mit dem S-Gehalt juveniler S-reicher Schmelzen, und für explosive Phasen (S/Cl ~0.4-2) eine S-Konzentration der Schmelze von ~0.1-0.2 Gew% S, übereinstimmend mit dem S-Gehalt der teilentgasten natürlichen Schmelzen. Das unterschiedliche Verteilungsverhalten von Cl, S und H 2O zwischen Fluid und Basaltschmelze ist eine mögliche Erklärung (1) für die nahezu konstanten Cl-Gehalte von ~0.2 Gew% in den natürlichen Schmelzeinschlüssen und (2) für die Variationen der H2O/Cl- und S/Cl- Verhältnisse in Schmelzeinschlüssen und den vulkanischen Gasen mit voranschreitender Magmenentgasung und Änderungen der Eruptionsaktivität des Ätna.
Publications
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