Die Phasenbeziehungen mafischer Gesteine im Erdmantel und Geo-Barometer für Eklogit und Pyroxenit bis zu den Bedingungen der Mantel-Übergangszone.

• Antragsteller: Professor Dr. Daniel J. Frost
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264531645

Während angenommen wird, dass der Großteil des oberen Erdmantels aus von Olivin dominierten ultramafischen Gesteinen besteht, gibt es durch Xenolithe und Einschlüsse in Diamanten auch Hinweise auf das Vorhandensein von mafischen Gesteinszusammensetzungen wie Eklogit und Pyroxenit. Eklogite existieren im Mantel wahrscheinlich als Folge der Subduktion der ozeanischen Kruste, viele Pyroxenite Gesteine können dagegen dort auch als Ergebnis von Schmelz- oder metasomatischen Prozessen entstanden sein. Da sie einen Nachweis für Mantel-Prozesse darstellen, ist die Untersuchung dieser Gesteine, die Interpretation der Tiefe ihrer Herkunft sowie ihr Einfluss auf die seismischen Eigenschaften des Mantels von großer Bedeutung. Einige Untersuchungen über seismische Eigenschaften deuten sogar darauf hin, dass der konvektierende Mantel aus einer mechanischen Mischung von ultramafischen und mafischen Gesteinen bestehen kann. In dieser Studie werden die Phasenbeziehungen von Eklogit / Pyroxenit Gesteinen bis hin zu denp,T-Bedingungen der Mantel-Übergangszone untersucht werden, und dabei insbesondere in dem Bereich, in dem diese Gesteine hauptsächlich aus Klinopyroxen und Granat bestehen. Mit diesen Phasenbeziehungen werden zwei Geo-Barometer kalibriert werden; eines, das die Konzentration von Aluminium auf dem Silizium-Gitterplatz in mit Granat koexistierendem Klinopyroxen nutzt, und ein zweites, das den Übergang zu Majorit-Granat in diesen mafischen Gesteinen verwendet. Aufgrund der hohen chemischen Varianz und der geringen Zahl von Phasen sind die Mineralzusammensetzungen in diesen Gesteinen stark von dem Gesamtchemismus abhängig. In dieser Studie werden Phasenbeziehungen über einen weiten Bereich plausibler Eklogit- und Pyroxenit-Zusammenstzungen untersucht, und um interne Konsistenz zu erhalten, werden in jedem Experiment mehrere Probenkammern eingesetzt, so dass gleichzeitig verschiedene chemische Gesamtzusammensetzungen bei gleichem Druck und Temperatur ins Gleichgewicht gebracht werden können. Darüber hinaus werden weitere Experimente durchgeführt, um die Auswirkungen der Sauerstofffugazität und des H2O Gehaltes auf das Gleichgewicht dieser Barometer zu beurteilen. Diese Barometer sind wichtig, um Tiefe zu bestimmen, bei der sich Mineraleinschlüsse in Diamanten gebildet haben. Es wird zunehmend erkannt, dass sich viele solcher Einschlüsse offenbar bei sublithosphärischen Bedingungen im konvektierenden Erdmantel gebildet haben. Mit Hilfe der Ergebnisse werden die Entstehungsbedingungen einer Vielzahl von Xenolithen und Diamanteinschlüssen besser eingegrenzt werden können. Darüber hinaus wird durch die Kombination eines thermodynamischen Modells für mafische Gesteins-Phasenbeziehungen mit Elastizitätsdaten die seismische Geschwindigkeit der abtauchender ozeanischer Kruste unterschiedlicher Zusammensetzung berechnet, und mit seismischen Beobachtungen verglichen werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen