Crystal Mush als Schlüssel zum Verständnis der tiefen Struktur von basaltischen Vulkanen und der Krustenbildung

• Antragsteller: Professor Dr. Olivier Namur
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282248486

Die ozeanische Kruste und die kontinentale Kruste der Erde bestehen überwiegend aus mafischen bzw mafisch/sauren plutonischen Gesteinen. Über die Entstehung und den Aufbau der tiefen, mafischen Krusteneinheiten ist jedoch wenig bekannt, da diese Einheiten selten aufgeschlossen sind. Zum Beispiel ist unklar, inwieweit die Zusammensetzung der mafischen Unterkruste durch primitive Mantelschmelzen oder durch Differenzierungsprozesse bestimmt wird. Auch sind die genauen Tiefen und Zeitskalen für die Differenzierungsprozesse der mafischen Magmen weitgehend unbekannt, sowie der Anteil von Magmen, der letztendlich eruptiert wird. Um diese Stofftransportprozesse in der tiefen Erdkruste besser quantifizieren zu können, ist die Untersuchung von Magmen mit sehr hohem Kristallanteil, sogenannten crystal mushes, entscheidend. Crystal mushes entsprechen den immobilen, stationären Magmen der tiefen Kruste und werden gelegentlich als Fragmente in vulkanischen Eruptionen an die Oberfläche gefördert. Crystal mushes bieten eine einmalige Möglichkeit, die Mineralogie von abgeschreckten Kristall-reichen krustalen Magmenkammern zu untersuchen.In diesem Projekt sollen mit Hilfe von crystal mushes die wichtigsten Mechanismen, die zur Bildung der tiefen mafischen Kruste unter Ozeanen und Kontinenten führen, entschlüsselt werden. Hochtemperatur-Experimente werden durchgeführt, um zu verstehen, bei welchen Bedingungen crystal mushes gebildet und mobilisiert werden, um die thermo-physikalischen Eigenschaften dieser Kumulate in der tiefen Kruste zu verstehen und um genaue Geobarometer abzuleiten. Die experimentellen Ergebnisse und thermodynamischen Modelle werden durch statistische Auswertungen von texturellen Analysen und geochemischen Analysen von Kristall-reichen, natürlichen Basalten aus vier tektonischen Schlüssel-Regionen ergänzt: mittelozeanischen Rücken (Galapagos Spreading Centre), Ozeanplateaus (Shatsky Rise), kontinentale Flutbasalte (Snake River Plain) und konvergente Plattengrenzen (Chile). Mit Hilfe hoch-auflösender geochemischer Kartierungen und textureller Analysen von Korngrößenverteilung werden crystal mushes identifiziert, und von solchen Mineralen, die mit der Schmelze im Gleichgewicht koexistieren, unterschieden. Haupt- und Spurenelementverteilungenen von Mineralen und Schmelzeinschlüssen werden benutzt, um die Zeitskalen von Kristallisationsprozessen und die Tiefe der Magma-Reservoire unter den Vulkanen zu erfassen. Diese Ansätze sollen weiterhin den Einfluss der Mantelzusammensetzung und der Differenzierungsbedingungen auf die Zusammensetzung von vulkanischen Gesteinen und von immobilen crystal mushes in der tiefen mafischen Kruste klären. Durch die gezielte Auswahl der oben genannten 4 Fallbeispiele, wird auch der Einfluss des geodynamischen Regimes auf die Rheologie von Magmen und auf die Bildungsprozesse der tiefen Kruste charakterisiert werden, wodurch diese Studie für verschiedenste Vulkansysteme weltweit anwendbar wird.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Belgien, Großbritannien, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Olivier Bolle, Ph.D.; Professorin Dr. Marian Holness, Ph.D.; Professor Dr. Keith Putirka, Ph.D.; Dr. Oliver Shorttle, Ph.D.; Professorin Dr. Jacqueline Vander Auwera, Ph.D.