Helium Quadrupole Mass Spectrometer
Final Report Abstract
Apatit (U-Th)/He Thermochronologie ist eine radiometrische Altersdatierungsmethode, die primär genutzt wird, um geodynamische Prozesse der oberflächennahen Erdkruste zu erfassen. Daher ist sie für viele Bereiche der Geowissenschaften wie z.B. Strukturgeologie, Plattentektonik, Geomorphologie, Sedimentbeckenentwicklung, Provenienz-Analytik und Kohlenwasserstoff-Exploration relevant. Allerdings sind noch immer einige grundlegende Fragen zum Verständnis von Diffusion und Akkumulation von Helium in Apatit unverstanden. Die Einrichtung des Helium-Massenspektrometers am Fachgebiet „Geodynamik der Polargebiete“ ermöglicht es uns, Apatite (U-Th)/He Datierungen durchzuführen und damit sowohl regionalgeologische Fragestellungen, speziell zum Verständnis der Beziehung zwischen tektonischen, morphologischen und klimatischen Prozessen, zu untersuchen, als auch methodischen Fragestellungen zur Apatit (U-Th)/He Thermochronologie nachzugehen. Regionalgeologisch lagen die Schwerpunkte auf der Entwicklungsgeschichte der Antarktis und der Arktis und damit Gegenden, in denen es bislang nur sehr wenige thermochronologische Studien gibt. In Verbindung mit Apatit-Spaltspuren-Datierungen konnten wir anhand unserer neu gewonnenen Helium- Datierungen zeigen, dass die Westantarktis bis ca. 100 Millionen Jahre vor heute durch schnelle Hebung und vermutlich gebirgiges Relief geprägt war. Seit ca. 60 Millionen Jahren herrscht dagegen stetige und langsame Abtragung vor, vermutlich in Verbindung mit stark reduziertem Relief und Topographie auf Meereshöhe. Vor ca. 35 Millionen Jahren entwickelte sich dann entlang des westlichen Randes von Marie Byrd Land ein Arm des Westantarktischen Riftsystems, entlang dessen heute die am schnellsten fließenden Glazialsysteme der Westantarktis verlaufen. Unsere Daten weisen auch darauf hin, dass eine signifikante Reliefbildung in der Westantarktis erst wieder vor ca. 20 Millionen Jahren einsetzte. Unter den wärmeren Klimaten früherer Erdzeiten ist ein signifikant über den Meeresspiegel herausragendes Relief Grundvoraussetzung für den Aufbau größerer kontinentaler Eisschilder. Nach unseren Daten konnte daher eine großräumige Vereisung der Westantarktis erst ca. 15 Millionen Jahre später als in der Ostantarktis einsetzen. Im Bereich der Arktis konnten wir zeigen, dass das Eureka-Gebirge, dass sich über ca. 2500 km von der kanadischen Hocharktis bis nach Spitzbergen erstreckt, zwischen ca. 55 und 26 Millionen Jahren vor heute mehrere Episoden starker Hebung und Abtragung erfahren hat. Die einzelnen Episoden korrelieren mit Veränderungen in den Öffnungsbewegungen des Nordatlantiks. Die Hebung des Eureka-Gebirges fällt außerdem mit der Ablagerung glazialer Sedimente im Nordatlantik zusammen, weshalb wir annehmen, dass es den Nukleus zur Entstehung einer kontinentalen Eiskappe Grönlands gebildet hat. Mit unseren methodischen Forschungsarbeiten ist es uns gelungen, erstmals den Heliumgehalt der Intergranular-Räume von Festgesteinen und dessen Einfluss auf das Diffusionsverhalten von Helium in Apatit zu quantifizieren. Weiterhin konnten wir anhand massenspektrometrischer und mineralchemischer Untersuchungen zeigen, dass Apatit (U-Th)/He Alter durch Niedrig-Temperatur Lösungs- und Ausfällungsprozesse beeinflusst werden können. Somit konnten wir zwei Prozesse darstellen, die über die etablierten Diffusionsmodelle hinaus die Resultate der (U-Th)/He Analytik beeinflussen und somit grundlegend für das Verständnis der Apatit (U-Th)/He Thermochronologie sind.
Publications
- 2015. Plio-Pleistocene evolution of the north- Alpine drainage system – New constraints from detrital thermochronology of foreland deposits. International Journal of Earth Sciences 104, 891- 907
Reiter, W., Elfert, S., Glotzbach, C., Spiegel, C.
(See online at https://doi.org/10.1007/s00531-014-1114-6) - 2016. Exhumation history along the eastern Amundsen Sea coast, West Antarctica, revealed by lowtemperature thermochronology. Tectonics
Lindow, J., Kamp, P., Mukasa, S., Kleber, M., Lisker, F., Gohl, K., Kuhn, G., Spiegel, C.
(See online at https://doi.org/10.1002/2016TC004236) - 2016. Tectonomorphic evolution of Marie Byrd Land – Implications for Cenozoic rifting activity and onset of West Antarctic glaciation. Global and Planetary Change 145, 98-115
Spiegel, C., Lindow, J., Kamp, P., Meisel, O., Mukasa, S., Lisker, F., Kuhn, G., Gohl, K.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2016.08.013) - 2018. Development and inversion of the Mesozoic Victoria Basin in the Terra Nova Bay (Transantarctic Mountains) derived from thermochronological data. Gondwana Research 53, 110-128
Prenzel, J., Lisker, F., Monsees, N., Balestrieri, M.L., Läufer, A., Spiegel, C.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.gr.2017.04.025) - 2018. The Shackleton Range (East Antarctica): an alien block at the rim of Gondwana? Geological Magazine 155/4, 841-864
Krohne, N., Lisker, F., Kleinschmidt, G., Klügel, A., Läufer, A., Estrada, S., Spiegel, C.
(See online at https://doi.org/10.1017/S0016756816001011)
