Entgasungsgeschichte und frühe atmosphärische Prozesse abgeleitet von paläoatmosphärische Edelgasen in Archaischen Gesteinen

• Antragsteller: Dr. Ulrich Ott; Professor Dr. Mario Trieloff
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276719708

Ursprung und Entwicklung planetarer Atmosphären sind Schlüssel-Größen, die die Habitabilität eines Planeten bestimmen. Wichtige atmosphärenbildende Prozesse sind Zufuhr volatiler Stoffe und Entgasungsprozesse der festen Erde, i.e. Mantel und Kruste, die größtenteils durch die planetare Geodynamik bestimmt werden. Die terrestrische Edelgassystematik (e.g., 129I-129Xe), impliziert, dass ein wesentlicher Bruchteil der terrestrischen volatilen Elemente der frühen Erde verloren ging, und dass massives Ausgasen des Erdmantels früh in der Erdgeschichte stattfand. Andererseits sind Mantel- und Krustenentgasung bis heute andauernde Prozesse. Die Entwicklung des 40Ar/36Ar Verhältnisses der terrestrischen Atmosphäre ist ein sensitiver Parameter, um Art und Intensität von Mantel- und Krustenentgasung zu bestimmen. Das vorgeschlagene Projekt hat zum Ziel: a) Paläoatmosphärisches Argon und Xenon in alten Gesteinen zu messen b) Die Entwicklung des 40Ar/36Ar Verhältnisses der terrestrischen Atmosphäre und Entgasung der festen Erde einzugrenzen c) Herkunft und Ursprung des terrestrischen Xenon einzugrenzen, das einzigartig gegenüber anderen Reservoiren im Sonnensystem ist (außer der Marsatmosphäre) Obwohl Studien der letzten Jahre interessante neue Ergebnisse berichteten, sind nur wenige Daten verfügbar, und deren Signifikanz hängt von unangenehm großen Korrekturen für nukleare Effekte ab. Wir wollen diese Datengrundlage verbessern, durch Messungen von Gesteinsproben des Archaikums (u.a. Cherts, Shales und hydrothermale Quarze, gebänderte Eisensteine) vom Kaapvaal Kraton und Australien. Probenmaterial ist verfügbar durch Kooperationen innerhalb des SPP 1833, und früheren eigenen Studien. Neben mit Neutronen bestrahlten Proben, aus denen wir den K-Gehalt und darüber die Größe der Korrektur für radiogenes 40Ar bestimmen, ist auch die Messung unbestrahlter Proben vorgesehen. Edelgase werden sowohl durch stufenweise Erhitzen als auch durch Knacken extrahiert, um - insbesondere im Fall der Quarz-Proben - Gase aus Einschlüssen und Mineralmatrix zu trennen. Damit können durch Fluide eingebrachte Komponenten (hochsaline mit hohen 40Ar/36Ar Verhältnissen; niedrigsaline mit niedrigen 40Ar/36Ar Verhältnissen) besser getrennt und anhand mit dem aus Cl produzierten 38Ar-Marker identifiziert werden. Darüber hinaus sollen im Falle der cherts und shales zwei neue Ansätze untersucht werden, um eine Trennung zwischen Gas in einer Kohlenstoff- und solchem in der (K-reichen) Gesteinsphase zu erreichen: Präparation und Untersuchung eines säureresistenten Rückstandes, und Gasfreisetzung durch Verbrennen. Im Gegensatz zu früheren Untersuchungen sollen die Isotopenzusammensetzung von Argon und Xenon einzelner Proben kombiniert gemessen werden, speziell für geringe Mengen an Xenon wird das Noblesse-Edelgasmassenspektrometer mit Multi-Ionenzählung Verwendung finden, welches erhöhte Empfindlichkeit und Genauigkeit gegenüber früheren Messungen verspricht.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1833: Building a Habitable Earth
• Mitverantwortliche: Privatdozent Dr. Jens Hopp; Dr. Winfried Schwarz