Stabilitiäten und Eigenschaften von Mg-, Al- und Cr-haltigen Mischkristallen von kürzlich entdeckten Fe3+-Fe2+ Oxiden bei Bedingungen der Übergangszone: Annäherung an geologisch relevante Zusammensetzungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Tiziana Boffa Ballaran; Professor Dr. Alan Butler Woodland
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 232955929

Minerale der Spinell-Gruppe mit einer AB2O4 Stoichiometrie treten häufig in einer Vielfalt an Zusammensetzungen in der Erde auf. Ringwoodit (Mg,Fe)2SiO4 ist ein solches Beispiel, als eine der Hauptphasen in der Übergangszone des Erdmantels. Silizium-freie Oxide wie Magnetit (FeFe2O4) oder Magnesioferrit (MgFe2O4) kommen als Einschlüsse in Diamanten vor. Es wird angenommen, dass diese Diamanten aus der Übergangszone oder sogar aus dem Unteren Erdmantel stammen könnten. Daher sind die Phasenbeziehungen solcher Spinelle unter hohem Druck und Temperatur von großer Bedeutung, insbesondere wenn texturelle Hinweise darauf deuten, dass sich die Spinellphase durch Umwandlung aus einer Precursor Phase gebildet haben könnte. Sogenannte Shocked Meteorite könnten ebenfalls Hinweise auf Post-Spinell Phasen zeigen, welche unter hohem Druck gebildet wurden. In dem vorherigen Projekt über die Phasenbeziehungen von MgFe2O4 unter Bedingungen des tiefen Oberen Erdmantels sowie der Übergangszone konnte bereits die Auswirkung auf die Interpretation von natürlichen Proben belegt werden. Dieses Projekt hier stellt eine Erweiterung zum Vorherigen dar, mit dem Ziel, die Phasenbeziehungen von deutlich komplexeren Zusammensetzungen annähernd an natürliche Proben zu untersuchen. Vor allem wird der Effekt von Al und Cr auf die Phasenbeziehungen von Fe-Mg Oxiden unter den Post-Spinell Stabilitätsbedingungen des Erdmantels untersucht. Unter diesen Bedingungen sind unter anderem Mischkristalle von Fe4O5, Fe5O6 oder von hp-Fe3O4-Polymorphen zu erwarten. Basierend auf vorherigen Arbeiten könnten jedoch auch Minerale abweichender Stoichiometrie (z.B. Mg3Fe4O9) vorkommen. Daher sollen diese Phasen charakterisiert und mit in Phasendiagramme für den tieferen Oberen Erdmantel und die Übergangszone einbezogen werden. Ein weiterer Fokus wird auf dem Mischkristallverhalten von Mg, Al sowie Cr in Fe5O6 liegen, da nur sehr begrenzte Informationen zu diesem Oxid vorliegen. Erste thermodynamische Berechnungen deuten darauf hin, dass Fe5O6 aufgrund seiner Redox-Stabilität im Erdmantel wahrscheinlicher ist als Fe4O5. In diesem Zusammenhang soll zusätzlich seine Stabilität neben Si-haltigen Mineralen getestet werden. Um thermodynamische Modellierungen der O5 und O6 Phase durchzuführen, werden deren Kompressionsverhalten unter hohen Drücken untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Nobuyoshi Miyajima, Ph.D.