Experimentelle Untersuchungen der Kristallisationsdifferentiation Eisen-reicher peralkaliner Magmen
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurden Phasengleichgewichtsexperimente an eisenreichen peralkalinen phonolitischen Schmelzen mit unterschiedlichen Fluor- und Chlor-Gehalten durchgeführt. Die Ausgangszusammensetzung entspricht einem Ganggestein, das eine mögliche parentale Schmelze für die peralkalinen Plutonite der Ilímaussaq Intrusion (Südgrönland) ist. Die Zusammensetzung des Ganggesteins ist ideal zur Durchführung von Phasengleichgewichtsexperimenten, weil das schnell abgekühlte Ganggestein im Gegensatz zu den Gesteinen des plutonischen Ilímaussaq-Komplexes nicht von kumulatbildenden Prozessen beeinflusst ist. Die Experimente wurden beim konstantem Druck (100 MPa) bei 1000 – 650 °C und variablen H2O (nominell H2O-frei bis H2O-gesättigt) und variablen Sauerstofffugazitäten durchgeführt (Δ log FMQ -4 bis +1, FMQ: Fayalit-Magnetit-Quarz Sauerstoffpuffer). Die Experimente wurden unter Verwendung von Goldkapseln und Gold-Graphit Doppelkapseln in extern beheizten Hydrothermalautoklaven und einer intern beheizten Argon-Gasdruckanlage durchgeführt. Um das große Temperaturintervall experimentell abzudecken wurden neue Ausgangsgläser entsprechend der Zusammensetzung koexistierender Schmelzen in Experimenten bei 800 °C für folgende Experimente bei niedrigeren Temperaturen synthetisiert. Die mit Restschmelze koexistierenden Mineralphasen sind Titanomagnetit, Fayalit-reicher Olivin, Klinopyroxen, Aenigmatit (Na2Fe5TiSi6O20), Alkalifeldspat und Nephelin (± gediegen Eisen). Bei über 1,5 Gew.% F in der koexistierenden Restschmelze wird Klinopyroxen von Fluorit (CaF2) und Hiortdahlit (Ca6Zr2Si4O16F4) ersetzt. Sodalith (Na8Al6Si6O24Cl2) und Eudialyt (Na15Ca6Fe3Zr3Si26O73(OH)3Cl2) benötigen in Abhängigkeit von der Temperatur 0,2 - 0,5 Gew.% Cl in der Restschmelze. Außerdem sind Hiortdahlit und Eudialyt nur stabil, wenn die Restschmelzen mindestens 0,7 Gew.% ZrO2 beinhalten. Die frühmagmatischen Phänokristalle des untersuchten Ganggesteins wurden bei 850 – 800 °C und nominell H2O-freien und reduzierten Bedingungen (Δ log FMQ-2) experimentell reproduziert. Abgesehen von Amphibol konnten die spätmagmatischen Minerale der Grundmasse bei Temperaturen unter 750 °C, einer H2O-armen koexistierenden Restschmelze und reduzierten Bedingungen (Δ log FMQ -1) reproduziert werden. Folglich können bei fraktionierter Kristallisation sowohl die Phänokristall-Paragenese als auch die Minerale der Grundmasse des Ganggesteins aus einer parentalen peralkalinen Schmelze kristallisieren. Das ist ein Hinweis darauf, dass der Ilímaussaq Komplex sich aus einem einzigen Schmelzschub gebildet haben kann. Geothermometrie in hochentwickelten peralkalinen Gesteinen ist häufig durch das Fehlen von Olivin, Ca-reichem Klinopyroxen und Fe-Ti Oxiden erschwert. Verschiedene verfügbare Thermometer wurden anhand der experimentellen Daten überprüft, erwiesen sich aber als ungeeignet. Basierend auf dem Verteilungsverhalten von Mn zwischen Klinopyroxen, Aenigmatit und Eudialyt wurden zwei neue Thermometer entwickelt. Vorläufige Ergebnisse von Experimenten mit Spurenelement-dotierten Ausgangsgläsern (Nb, La, Ce, Y, Sr) zeigen, dass Phasenstabilitäten und Restschmelzentwicklung ähnlich den Spurenelement-freien Experimenten sind. Diese Beobachtung unterstützt die Aussagekraft von Experimenten mit vereinfachten synthetischen Ausgangszusammensetzungen bezüglich natürlicher Prozesse.
Publications
- (2013) Phase relations and liquid lines of descent of an iron-rich peralkaline phonolitic melt: an experimental study. Contributions to Mineralogy and Petrology 165 (2): 283-304
Giehl C, Marks M, Nowak M
(See online at https://doi.org/10.1007/s00410-012-0809-6) - (2014) An experimental study on the influence of fluorine and chlorine on phase relations in peralkaline phonolitic melts. Contributions to Mineralogy and Petrology 167:977
Giehl C, Marks MAW, Nowak M
(See online at https://doi.org/10.1007/s00410-014-0977-7)
