In situ Untersuchung der Schwefelspeziation in Fluiden bei hohen Temperaturen und Drücken unter kontrollierten Redox Bedingungen: Implikationen für Magmenentgasung und die Bildung von magmatischen Lagerstätten

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Behrens; Dr. Christian Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249781619

Schwefelhaltige Gase oder Fluide werden in großen Mengen bei der Entgasung von Magmen in der Natur freigesetzt, sie spielen aber auch eine wichtige Rolle bei der Läuterung von Schmelzen in der industriellen Glasproduktion. Hochtemperaturfluide sind oft nicht ohne gravierende Veränderungen abschreckbar. Deswegen ist es ein zentrales Anliegen dieses Antrages die Eigenschaften derartiger Fluide in situ bei hohen Temperaturen und Drücken mittels Ramanspektroskopie zu untersuchen. Hierfür wird eine neuartige spektroskopische Zelle entwickelt, die es ermöglicht, Veränderungen eines Fluids bei Dekompression direkt durch ein Saphirfenster zu beobachten. Die Zelle ist für Tem-peraturen bis 800°C und Drücke bis 2 kbar konzipiert. Die Sauerstofffugazität (fO2) ist ein Schlüssel-parameter für die Stabilität von Schwefelspezies. In den Versuchen kann fO2 entweder durch Auswahl der Schwefelkomponenten oder durch eine neue entwickelte Pufferkapsel mit Fe/FeO, Co/CoO, Ni/NiO oder anderen Redoxpaaren kontrolliert werden. Zu Vergleichszwecken soll die Di-amantstempelzelle eingesetzt werden, um Fluide unter isochoren Bedingungen bei höheren Drücken bzw. Dichten zu studieren. Unter Bedingungen, bei denen nur wenige Schwefelspezies (am besten nur eine einzige) vorliegen, können diese Versuche zur Bestimmung der Ramanstreuquerschnitte der Schwefelspezies herangezogen werden, bzw. können damit Literaturdaten auf ihre Anwendbarkeit für die Versuchsbedingungen getestet werden. Die Daten sind für eine quantitative Auswertung der Ramanspektren erforderlich. Um eine Interpretation der Spektren zu erleichtern, wollen wir die Untersuchungen mit einfachen wässrigen Lösungen mit nur einer sehr oxidierten oder sehr reduzierten Schwefelkomponente beginnen (z.B., H2SO4, H2S, MgSO4, Na2SO4, Na2S). Im nächsten Schritt ist es vorgesehen, komplexere magmatische Fluide durch Kombination verschiedener Schwefelspezies und durch Einsatz von Schwefelkomponenten mit intermediären Oxidationsstufen (Sx, Na2S2O3, Na2SO3) und durch Zugabe von Silikatmaterialien (z.b. Quarz, Rhyolith) zu simulieren. Die Resultate der Studien sind eine wichtige Voraussetzung für eine bessere Modellierung von Prozessen bei der Magmenentgasung und der Bildung von magmatischen Lagerstätten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Max Wilke