Schmelze/Gesteins-Wechselwirkung und fraktionierte Kristallisation in der unteren Kruste am Hess Deep Rift, East Pacific Rise - Eine kombinierte analytische und experimentelle Studie

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Koepke
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279047586

Tiefbohrungen in die untere ozeanische Kruste im Rahmen von IODP (Integrated Ocean Discovery Program) dienen dem Verständnis des Aufbaus und der Architektur der ozeanischen Kruste. Im Hess Deep Rift (HDR) am East Pacific Rise (EPR) erbohrte IODP Expedition 345 erstmalig kohärente Kerne aus der tiefen plutonischen Kruste von einem schnell-spreizenden Rücken, mit dem Potential, unser Wissen über die Akkretion und Entwicklung schnell-spreizender ozeanischer Kruste signifikant zu erweitern. Erstmalig wurden von einem rezenten Ozean "Layered Gabbros" erbohrt, wodurch das "Ophiolith"-Modell für die Interpretation typischer EPR-Kruste bestätigt wurde. Erstmalig konnte über die Analysen der erbohrten Gabbros zusammen mit geochemischen Daten früher erbohrter Lithologien aus der mittleren und oberen HDR-Kruste eine Gesamtzusammensetzung für die ganze Kruste berechnet werden, die gültig für schnell-spreizende Kruste ist und die der parentalen Schmelze entspricht, aus der basaltische Ober- und gabbroide Unterkruste differenzieren. Da diese neuen, ersten in-situ-Proben aus tiefer schnell-spreizender Kruste dank IODP jetzt verfügbar sind, wurde dieses Projekt initiiert, mit dem Ziel, den genauen Mechanismus zum Aufbau der unteren ozeanischen Kruste zu verstehen: Wie vollzieht sich in einer frühen magmatischen Entwicklungsphase die Bildung des Gerüstes von frühausscheidenden Silikaten und wie wird das in einer späteren magmatischen Phase durch Wechselwirkungen mit Schmelzen modifiziert? Dazu verfolgt dieses Projekt einen multi-methodischen Ansatz: Thema (1) fokussiert auf die Petrologie/Geochemie der natürlichen Gesteine. Ziel dieses Themas ist es, durch mikroanalytische Untersuchungen an den Mineralen aus den im HDR erbohrten gabbroiden Gesteinen, Rückschlüsse auf den genauen Mechanismus der fraktionierte Kristallisation der Primärminerale zu verstehen, sowie den Prozess der Schmelze/Gesteins-Wechselwirkung, der z.B. zu stark zonierten Klinopyroxen-Kristallen führte. Thema (2) zielt auf die experimentelle Simulation der wichtigsten magmatischen Prozesse ab: "fraktionierte Kristallisation" in der frühen magmatischen Phase und Schmelze/Gesteins-Wechselwirkung in einer späteren Entwicklungsphase. Dazu sollen verschiedene experimentelle Ansätze angewendet werden (Gleichgewichtskristallisation, partielles Aufschmelzen und Schmelze/Gestein-Ungleichgewichtsexperimente). Der Vergleich der experimentellen Daten mit den natürlichen HDR-Gabbros ermöglicht uns, die magmatische Entwicklung der HDR-Kruste in den verschiedenen Entwicklungsstufen genau zu verstehen. Die Implikationen aus den kombinierten Ergebnissen beider Studien werden uns ermöglichen, schon seit langem diskutierte Hypothesen zur Krustenakkretion an schnell-spreizenden Rücken zu veri- oder falsifizieren und endlich tiefe Einblicke darüber geben, wie Schmelzen vom Mantel aus in und durch die untere Kruste transportiert werden.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 527: Bereich Infrastruktur - "International Ocean Discovery Program" (IODP)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Olivier Namur