Infrarot-Spektroskopie an Granat aus Eklogiten und assoziierten ultramafischen Gesteinen: Bedeutung von Granat für den Wassertransport in den Mantel

• Antragstellerin: Professorin Dr. Esther Schmädicke
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 201026938

Ziel dieses Projektes ist herauszufinden, in welchem Umfang Eklogit als Teil subduzierter Platten Wasser in den Erdmantel transportiert, wo es die Magmenbildung fördert. In >100 km Tiefe speichert Eklogit Wasser hauptsächlich in Granat und Omphazit. Da für orogene Eklogite nur wenige H2O-Daten existieren, wurde zunächst Granat untersucht, um herauszufinden, wieviel H2O eingebaut wird und ob die Menge von Druck, Temperatur und Zusammensetzung abhängt. Die erste, erfolgreiche Projektphase ergab, dass Granat aus orogenen Eklogiten soviel H2O einbauen kann wie ca. 3 Vol.% Amphibol und dass H2O positiv mit Ca korreliert. Eine H2O-Zunahme mit steigendem Druck erwies sich als Scheinkorrelation, da Granat aus Coesit-Eklogit (verglichen mit Quarz-Eklogit) Ca-reicher ist. Dagegen ist die Ko-Stabilität von OH-Mineralen entscheidend für den H2O-Gehalt; sind diese stabil, baut Granat (fast) kein H2O ein. Ein wesentlicher Fortschritt ergab sich auch für die Quantifizierung. Neu ist, dass Granat bis zu drei verschiedene H2O-Spezies enthalten kann, zwei davon sind sekundär. Bleibt dies unerkannt (wie z. T. in der Literatur), ergeben sich überhöhte H2O-Gehalte. Mittels Infrarot-Spektroskopie konnten die verschiedenen Spezies getrennt und sekundäre Fluidinfiltration erkannt werden. Die zweite Projektphase zu Omphazit hat überraschenderweise ergeben, dass Omphazite aus Quarz- und Coesit-Eklogit gleich viel H2O enthalten. Dies impliziert, dass der H2O-Einbau nicht von den PT-Peak-Bedingungen abhängt, zumindest nicht bis 30 kbar und 900 ºC. Da bei höheren PT-Bedingungen kaum noch H2O aus Hydratmineralen freigesetzt wird, sollten die Messwerte der H2O-Menge entsprechen, die in >100 km Tiefe transportiert wird. Dies ist ein bedeutender Erkenntnisgewinn. Dennoch können H2O-Gehalt und -Transportkapazität von Omphazit erst sicher beziffert werden, wenn eine zusätzliche Methode zur H2O-Analyse eingesetzt wird. Der Grund ist, dass die IR-spektroskopisch bestimmten Gehalte, je nach verwendetem Absorptionskoeffizienten, insbesondere bei Omphazit erheblich variieren. Die Antragstellerin ist optimistisch, dass dieses Problem in einer abschließenden Projektphase durch Anwendung einer Nuklearmethode, einer Kombination aus Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA) und Proton-Proton Scattering Analysis (PPSA) gelöst werden kann. Unsere Arbeitsgruppe hat bereits positive Erfahrungen mit PPSA zur Analyse von Olivin sammeln können. Sollte sich bestätigen, dass der H2O-Gehalt in Omphazit bis 30 kbar und 900 ºC konstant bleibt, hätte dies weitreichende geodynamische Implikationen. Da bei höheren PT-Bedingungen kaum weitere Dehydratationsreaktionen zu erwarten sind, sollten Omphazit und Granat das von eklogitfaziellen OH-Mineralen bis 100 km Tiefe freigesetzte Wasser konservieren. Die Konsequenz wäre, dass dieses Wasser bei weiterer Subduktion in >100 km Tiefe transportiert und nicht an den Mantelkeil abgegeben wird, womit auch mobile Elemente im System verbleiben dürften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada, Österreich, Schweden
• Kooperationspartner: Dr. Robert Frost; Professor Dr. Thomas Stachel; Professor Dr. Roland Stalder