Wechselwirkungen zwischen wässrigen Fluiden und silikatischen Schmelzen - Verteilung von Spurenelementen

• Antragsteller: Professor Dr. Max Wilke
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 22811976

• Erstellungsjahr: 2011

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ein wesentliches Ziel dieses Projektes war es, experimentelle Daten zu erarbeiten, mit deren Hilfe die Verteilungen von Spurenelementen zwischen wässrigen Lösungen und silikatischen Schmelzen bzw. Magmen besser verstanden und modelliert werden können. In diesem Projekt konnten umfassende Datensätze zur Verteilung von Rb, Sr, Ba, La, Yb, Y und Pb gewonnen werden. Die Qualität der Ergebnisse aus Abkühlungsexperimenten konnte mit Hilfe von in-situ Experimenten bei Druck und Temperatur erfolgreich überprüft werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verteilungskoeffizienten von Rb, Sr und Ba mit dem Chloridgehalt des Fluids ansteigen, jedoch auch bei hohen Salinitäten kein fluidkompatibles Verhalten aufweisen. Dies bedeutet, dass die Abtrennung selbst von stark chloridhaltigen Fluiden in magmatischen Prozessen nicht zur Mobilisierung dieser Elemente führt. Weiterhin zeigt sich für Ba und Sr und chloridischen Lösungen eine Abhängigkeit der Verteilung vom ASI der koexistierenden Schmelze, so dass Versuche mit peralkalinen Schmelzen niedrigere Verteilungskoeffizienten ergeben als solche mit met- und peraluminösen Schmelzen. Die Ergebnisse der in-situ Elementverteilungsexperimente bestätigen die Ergebnisse für chloridische Lösungen der Abkühlexperimente. Verteilungskoeffizienten aus Abkühlungsexperimenten mit nicht-chloridischen Lösungen sind jedoch stark durch den Abkühlungsprozess beeinflusst. Die Variation der Verteilung von Sr und Ba mit dem ASI bedeutet, dass der Einbaumechanismus von Sr und Ba sich in mindestens einer der beiden Phasen über den untersuchten Zusammensetzungsbereich ändern muss. Mit Hilfe von in-situ XANES Messungen an der Sr K-Kante konnte qualitativ gezeigt werden, dass die Komplexierung im Fluid sowohl durch die koexistierende Schmelzzusammensetzung als auch durch die Präsenz von Chlorid signifikant beeinflusst wird. Die seltenen Erden und Y zeigen für chloridische Lösungen ebenfalls einen deutlichen Einfluss des ASI der Schmelze auf die Elementverteilung. Für nicht-chloridische Lösungen konnten in Abkühlungsexperimenten für diese Elemente keine Werte bestimmt werden. In-situ Experimente mit chloridischen Lösungen bestätigen im Wesentlichen die Ergebnisse der Abkühlungsexperimente. Der Einfluss des Chloridgehaltes auf die Fraktionierung der seltenen Erden und Y spielt nur eine untergeordnete Rolle. Die Verteilung von Pb zeigt in Abkühlungsexperimenten für chloridische Lösungen ebenfalls eine starke Korrelation mit dem ASI der koexistierenden Schmelze, wobei für met- und peraluminöse Zusammensetzungen sogar fluidkompatibles Verhalten beobachtet wird, so dass in diesen Systemen mit einer signifikanten Mobilisierung von Pb durch chloridische Fluide zu rechnen ist. In Experimenten mit nichtchloridischen Lösungen zeigen die Verteilungskoeffizienten von Pb für alle Schmelzzusammensetzungen ein schmelzkompatibles Verhalten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2006) Experimental study on the trace element partitioning between haplogranitic melts and chloridic aqueous fluid. EJM, 18, Beih., 19. DMG Annual meeting, Hannover, 25.-27.9.06
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C.
  
• (2007) Partitioning of Rb and Sr between haplogranitic melts and aqueous fluids: Information from in situ experiments using SR-XRF. Geochim Cosmochim Acta, 71, Suppl.1, A109
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C., Rickers-Appel K., Koepke J.
  
• (2008) Effect of melt composition on the partitioning of Rb and Sr between haplogranitic melts and aqueous solutions at 750 °C and 200 to 500 MPa. EMPG XII, Innsbruck, 8.-10.9.08
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C., Rickers K.
  
• (2008) Fluid-melt partitioning of Rb and Sr – classical quench vs. in-situ experiments, DMG Jahrestagung, 14.-17.9.2008, Berlin
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C., Rickers K.
  
• (2008) Partitioning of Rb and Sr between haplogranitic melts and aqueous fluids. Geochim Cosmochim Acta, 72, Suppl.1, A97
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C., Rickers K.
  
• (2009) Complexation of Sr in aqueous fluids equilibrated with silicate melts: effect of melt and fluid composition. AGU Fall meeting, SF, 14.-18.12.2009
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C., Kvashnina K.
  
• (2009) Determination of fluid densities in hydrothermal diamond-anvil cell experiments using SR-XRF intensities. ECROFI Meeting, Granada Spain
  Schmidt C., Wilke M., Borchert M., Rickers K.
  
• (2009) Partitioning and equilibration of Rb and Sr between silicate melts and aqueous fluids. Chemical Geology, 259, 39-47
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C., Rickers K.
  
• (2009) Partitioning of Rb and Sr between silicate melts and aqueous fluids: effect of fluid and melt composition. ECROFI Meeting, Granada, Spain
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C., Rickers K.
  
• (2009) Partitioning of Sr between aqueous fluids and silicate melts – implications for Sr complexation. DMG Jahrestagung, 13-17.9.2009, Halle
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C., Rickers K.
  
• (2009) X-ray spectroscopic techniques using synchrotron radiation for studying geomaterials. DMG Jahrestagung, 13-17.9.2009, Halle
  Wilke M.
  
• (2010) A con-focal setup for micro-XRF experiments using diamond anvil cells. EGU, Vienna 2-7.5.10. Geophysical Research Abstracts, 12, EGU2010-13872
  Wilke M., Rickers K., Vincze L., Schmidt C., Borchert M., Pascarelli S.
  
• (2010) Complexation of Sr in aqueous fluids equilibrated with silicate melts: effect of melt and fluid composition. EGU, Vienna 2-7.5.10. Geophysical Research Abstracts, 12, EGU2010-8310
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C., Kvashnina K.
  
• (2010) Interactions between aqueous fluids and silicate melts. Equilibration, partitioning, and complexation of trace elements. Dissertation Universität Potsdam
  Manuela Borchert
  
• (2010) Kinetics of mineral-fluid reactions studied in situ at high temperatures and pressures using SR-XRF analyses. Deutsche Tagung für Forschung mit Synchrotronstrahlung, Neutronen und Ionenstrahlen an Großgeräten (Berlin 24.-26.2.2010)
  Schmidt, C., Wilke, M., Rickers, K.
  
• (2010) Partitioning of Ba, La, Yb and Y between haplogranitic melts and aqueous solutions: An experimental study. Chemical Geology, 276, 225-240
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C., Cauzid J., Tucoulou R.
  
• (2010) Rb and Sr partitioning between haplogranitic melts and aqueous solutions. Geochimica et Cosmochimica Acta, 74, 1057-1076
  Borchert M., Wilke M., Schmidt C., Rickers K.