Variation der Zusammensetzung von Turmalin, von niedrigem Druck zu Ultrahochdruck
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Zusammensetzung von Mineralen der Turmalingruppe, in Abhängigkeit von den Parametern Druck und Temperatur und von der Zusammensetzung des koexistierenden Fluids in Bezug auf Na, K, Ca, untergeordnet auch NH4, wurde experimentell mit Syntheseversuchen in den Systemen SiO2-Al2O3-B2O3-NaCl-H2O, MgO–Al2O3–B2O3–SiO2–H2O±KCl±NaCl±CaCl2±NH4, MgO-(±FeO)-Al2O3-SiO2- H2O-NaCl-B2O3 und Li2O-SiO2-Al2O3-B2O3-H2O untersucht. P-T-Bedingungen variierten von 400°C bis 700°C und 0.3 GPa bis 4 GPa. Die Versuchsprodukte wurden mit Elektronenstrahlmikrosonde, IR- und Ramanspektroskopie und XRD (Pulver mit Rietveldverfeinerung; Einkristall-Methode) charakterisiert; koexistierende Fluide mit Spektroskopie. Zur Bestimmung der 11B-10B-Isotopenverhältnisse wurde in-situ die Sekundärionenmassenspektrometrie verwendet und an Gesamtproben sowie an Fluiden die Thermionenmassenspektrometrie. Die Minerale der Turmalingruppe eignen sich auf Grund ihrer variablen Zusammensetzung, ihrer weiten Stabilität in Bezug auf Druck und Temperatur und der geringen Diffusivität, die Zonarbau auch bei relativ hohen Temperaturen erhält, hervorragend, um Aussagen über die Fluidentwicklung in einem Gestein abzuleiten, von prograden über Peakbedingungen bis zu retrograder Überprägung. Die Variation der B-Isotopenverhältnisse erlaubt zusätzliche Aussagen über den Fluidfluss, zudem - bedingt durch die extrem große Variationsbreite - auch Aussagen über mögliche Protholithe. Dies wurde an Proben aus drei Gebieten mit unterschiedlichen maximalen Druckbedingungen durchgeführt: Pfitscher Joch (W Tauern) mit Drücken ≤ 10 kbar; Eklogitzone (Zentrale Tauern) mit Drücken ≤ 23 kbar; Kokchetavmassiv (Kasachstan) mit Ultrahochdruckbedingungen. Turmalin hat eine ganz ausgeprägte Affinität zu Na. Nur bei K-betonten Fluiden kann auch bei Ultrahochdruckbedingungen K im Turmalin eingebaut werden. Für das Element Bor ist Turmalin der wichtigste Träger in Gesteinen; Bor wird allerdings nicht nur als BO3-Gruppe eingebaut, sondern ersetzt auch Si im Tetraeder. Dies verursacht eine zusätzliche interkristalline Fraktionierung der Borisotopenverhältnisse 11B/10B, die ein wichtiger Indikator für Fluidbewegungen und Protolithrekonstruktion geworden ist. Die experimentellen Kalibrierungen erlauben eine entsprechende Korrektur für Minerale der Turmalingruppe, die einen entsprechenden Anteil an tetraedrisch koordiniertem B aufweisen. Dabei ist entscheidend, ob die Kristallisation von Turmalin über instabile Zwischenprodukte wie z.B. Jeremejevit entsteht, oder gleich zu stabilem Turmalin geführt hat.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2014) Synthesis of K-dominant tourmaline. American Mineralogist, 99, 539-542
Berryman, E., B. Wunder, and D. Rhede
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(2015) An experimental study on K and Na incorporation in dravitic tourmaline and insight into the origin of diamondiferous tourmaline from the Kokchetav Massif, Kazakhstan. Contrib. Mineral. Petrol. 169, 28
Berryman E. J., Wunder B., Wirth R., Rhede D., Schettler G., Franz G., Heinrich W.
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(2016) Influence of the X-site composition on tourmaline’s crystal structure: investigation of synthetic K-dravite, dravite, oxyuvite, and magnesio-foitite using SREF and Raman spectroscopy. Physics and Chemistry of Minerals, 43, 83-102
Berryman, E.J., B. Wunder, A. Ertl, M. Koch-Müller, D. Rhede, K. Scheidl, G. Giester, and W. Heinrich
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(2016) P-T-X controls on Ca and Na distribution between Mg-Al tourmaline and fluid. Contrib Mineral Petrol, 171, 1-31
Berryman, E. J. Wunder, B., Rhede, D., Schettler, G., Franz, G., Heinrich, W.
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(2016) Tetrahedral boron in natural and synthetic highpressure tourmaline: Evidence from Raman spectroscopy, EMPA, and single crystal XRD. Amer Mineral 101, 93-104
Kutzschbach M., Wunder B., Rhede D., Koch-Müller M., Ertl, A., Giester, G., Heinrich W., Franz G.
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(2017) An experimental approach to quantify the effect of tetrahedral boron in tourmaline on the boron isotope fractionation between tourmaline and fluid. American Mineralogist, 2505-2511
Kutzschbach, M., Wunder, B., Trumbull, R., Rocholl, A., Meixner, A., Heinrich, W.
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(2017) First high-pressure synthesis of rossmanitic tourmaline and evidence for the incorporation of Li at the X site. Physics and Chemistry of Minerals, 44, 353-363
Kutzschbach, M., Wunder, B., Krstulovic, M., Ertl, A., Trumbull, R., Rocholl, R., Giester, G.
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(2017) Jeremejevite as a precursor for olenitic tourmaline: Consequences of nonclassical crystallization pathways for composition, textures and B isotope patterns of tourmaline in synthesis experiments. Eur J Mineral, 30, 239-255
Kutzschbach M., Wunder B., Meixner A., Wirth R., Heinrich W., and Franz G.
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(2017) Tourmaline as a petrogenetic indicator in the Pfitsch Formation, Western Tauern Window, Eastern Alps. Lithos 284-285, 183-155
Berryman, E. J., Kutzschbach, M., Trumbull, R., Meixner, A., van Hinsberg, V., Kasemann, S. A., Franz, G.
