Elektronenstrahl-Mikrosonde
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Elektronenstrahlmikrosonde wird zur chemischen Analyse sehr kleiner (≤ 1µm) natürlicher und experimenteller Mineral- und Gesteinsproben verwendet. Durch die bessere Ortsauflösung des Schottky-Feldemitters konnten bislang nicht messbare Phasen analysiert werden. Das Gerät wurde in vielen Projekten aus den Bereichen der experimentellen Petrologie, Mineralogie, Geochemie und Planetologie eingesetzt, von denen eine Auswahl vorgestellt werden soll. Experimentelle Petrologie: 1. Um metasomatische Prozesse durch Reaktionen verschiedener Schmelzen mit dem Gestein des oberen Erdmantels zu untersuchen, wurden Experimente bei entsprechen Druck- und Temperaturbedingungen durchgeführt. So konnte u.a. gezeigt werden, dass die Reaktion von ultramafischer silikatischkarbonatischer Schmelze mit Peridotit bei hohen Temperaturen Schmelzen mit kimberlitischer Zusammensetzung produziert. 2. In einer weiteren Studie wurde die Stabilität von Baddeleyit und Zirkon in Karbonaten untersucht. Demnach sind die oftmals für die Datierung verwendeten Zirkone zumindest in SiO2-armen Karbonatiten keine primären Phasen, sodass die entsprechenden Zirkonalter leicht fehlinterpretiert werden können. In beiden oben genannten Projekten wurden die nur wenige µm großen Phasen mit der Elektronenstrahlmikrosonde analysiert. 3. Um die Verarmung an K und Na in planetaren Mantelgesteinen von Mars, Mond und Vesta ging es in einer weiteren Studie. Es konnte gezeigt werden, dass zumindest für Mars und Vesta die K- und Na-Verarmung nicht allein durch ihre Volatilität, sondern möglicherweise auch durch Kernbildungsprozesse zu erklären ist, da die Verteilungskoeffizienten stark temperaturabhängig sind. Die Elektronenstrahlmikrosonde wurde hierbei zur Charakterisierung der Phasen für die spätere Quantifizierung mit der LA-ICP-MS eingesetzt. Mineralogie/Geochemie/Petrologie: 4. Um die mikrochemische Analyse von Phosphor ging es in einem Projekt, in welchem Mantelxenolithe aus dem Cima-Vulkanfeld untersucht wurden, um lithosphärische Schmelz-Gesteinsinteraktionsprozesse zu verstehen. Die Elektronenstrahlmikrosonde lieferte quantitative Phosphordaten mit hoher Ortsauflösung bei gleichzeitig niedriger Nachweisgrenze im ppm-Bereich. 5. Hochaufgelöste quantitative Maps wurden für eine Studie erstellt, die sich mit Mineralreaktionsprozessen entlang fluidtransportierender Mikroscherzonen beschäftigt. Demnach kann der thermodynamische Druck in Mikroscherzonen, der zur Entstehung bestimmter Mineralparagenesen führt, größer sein als die Druckbedingungen für das Gesamtgestein. 6. Die Entstehungsbedingungen der basaltischen Laven des Santorini-Vulkans war Gegenstand eines Projekts, welche petrologische-geochemische Gesteinsdaten mit verschiedenen Modellierungswerkzeugen verknüpft hat. So kann beim Santorini-Vulkan von einer relativ oberflächennahen primären Magmenkammer (0.02 GPa, ca.1wt% H2O) ausgegangen werden. Die partiellen Aufschmelzbedingungen im Erdmantel lagen bei ca. 2GPa, 1350°C und einem Schmelzgrad von 8-18%. Die Mineralchemie der Santorini-Basaltproben wurde mit der Mikrosonde bestimmt. Planetologie: 7. Wasserhaltige Phasen in meteoritischen Brekzien lassen Rückschlüsse auf die Verteilung von Volatilen im frühen Sonnensystem zu. Die mineralogische Charakterisierung einer Vielzahl von Klasten aus meteoritischen Brekzien wurde in einem entsprechenden Projekt mit der Elektronenstrahlmikrosonde durchgeführt. 8. Für die infrarotspektroskopische Fernerkundung der Merkuroberfläche (MERTIS-Mission) wurde eine Reihe synthetischer Gläser mit entsprechender analoger Zusammensetzung hergestellt. Die Ermittlung der mikrochemischen Zusammensetzung sowie der Test auf ausreichende Homogenität erfolgten mit der Elektronenstrahlmikrosonde. 9. Meteoritische Ca-Phosphate (Apatite und Merrillite) enthalten hohe REE-Konzentrationen, welche wiederrum Rückschlüsse auf viele petrologische Prozesse in den Mutterkörpern ermöglichen. Die Hauptelementmessungen der Phosphate inklusive F und Cl erfolgte mit der Elektronenstrahlmikrosonde, wobei zugleich die Konzentrationsbestimmung des internen Standardelements für die nachfolgen LA-ICP-MS-Messungen durchgeführt wurde.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2017). Experimental constraints on mantle metasomatism caused by silicate and carbonate melts. Lithos, 282-283, 173-186
Gervasoni F, Klemme S, Rohrbach A, Grützner T, Berndt J
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.lithos.2017.03.004) - (2017). Experimental constraints on the stability of baddeleyite and zircon in carbonate- and silicate-carbonate melts. American Mineralogist, 102, 860-866
Gervasoni F, Klemme S, Rohrbach A, Grützner T, Berndt J
(Siehe online unter https://doi.org/10.2138/am-2017-5870) - (2017). IR spectroscopy of synthetic glasses with Mercury surface composition: Analogs for remote sensing. Icarus, 296, 123-138
Morlok A, Klemme S, Weber I, Stojic A, Sohn M, Hiesinger H
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.icarus.2017.05.024) - (2017). Phosphorus zoning as a recorder of crystal growth kinetics: application to second generation olivine in mantle xenoliths from the Cima Volcanic Field. Contributions to Mineralogy and Petrology, 172, 58
Baziotis IP, Asimow PD, Ntaflos T, Boyce JW, McCubbin FM et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00410-017-1376-7) - (2017). Textural and chemical evolution of pyroxene during hydration and deformation: A consequence of retrograde metamorphism. Lithos
Centrella, S., Putnis, A., Lanari, P., Austrheim, H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.lithos.2017.11.002) - 2017. ‘Trace element inventory of meteoritic Ca-phosphates.’ American Mineralogist 102: 1856-1880
Ward D., Bischoff A., Roszjar J., Berndt J., and Whitehouse M. J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.2138/am-2017-6056) - (2018). Depletion of potassium and sodium in mantles of Mars, Moon and Vesta by core formation. Scientific Reports, 8, 7053
Steenstra ES, Agmon N, Berndt J, Klemme S, Matveev S, van Westrenen W
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41598-018-25505-6) - (2018). Geophysical source conditions for basaltic lava from Santorini volcano based on geochemical modeling. Lithos, 316-317, 295-303
Baziotis I, Kimura J-I, Pantazidis A, Klemme S, Berndt J, Asimow PD
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.lithos.2018.07.027) - (2018). Mineralogy of volatile‐rich clasts in brecciated meteorites. Meteoritics & Planetary Science
Patzek, M., Bischoff, A., Visser, R., John, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/maps.13175) - (2018). Reflectance spectra of synthetic Fe-free orthoand clinoenstatites in the UV/VIS/IR and implications for remote sensing detection of Fefree pyroxenes on planetary surfaces. Planetary and Space Science, 159, 43-55
Markus, K., Moroz, L., Arnold, G., Henckel, D., Hiesinger, H., Rohrbach, A., Klemme, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.pss.2018.04.006)
