Lithium-Isotopenfraktionierung in magmatischen Systemen: Erkenntnisse aus In Situ-Analysen magmatischer Minerale mittels Femtosekunden-Laserablation-MC-ICP-MS

• Antragsteller: Dr. Martin Oeser-Rabe
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286789713

In diesem Projekt soll die Fraktionierung stabiler Lithium-Isotope in Silikatmineralen (d.h. Olivin und Klinopyroxen) in vulkanischen Gesteinen untersucht werden, um Zeitinformationen über magmatische Prozesse zu gewinnen. Bisherige Studien zeigen, (i) dass die Fraktionierung stabiler Isotope in Magmen im Wesentlichen durch kinetische Effekte (v.a. Diffusion) erzeugt wird und (ii) dass Li ein sehr schnell diffundierendes Spurenelement in Mineralen (und Schmelzen) ist. Daher kann man große Variationen in der Li-Isotopie (d.h. isotopische Zonierung) innerhalb eines Minerals erwarten. Folglich müssen In Situ-Analyseverfahren eingesetzt werden, die Isotopenverhältnisse mit hoher Präzision und hoher Ortsauflösung messen können, z.B. Laserablation-Plasma-Massenspektrometrie.Das erste Ziel dieses Projektes umfasst die Entwicklung eines Analyseverfahrens zur In Situ-Messung von Li-Isotopenverhältnissen in Klinopyroxen- und Olivin-Kristallen. Da die Li-Konzentration in diesen Mineralen sehr niedrig ist (wenige ppm), sind derartige Messungen eine spannende Herausforderung. Erste Probeanalysen zeigen, dass unser analytisches Setup in Hannover (Femtosekunden-Laserablation-MC-ICP-MS) geeignet ist, Isotopenverhältnisse von Spurenelementen in Mineralen mit hoher Präzision und hoher Ortsauflösung zu messen.Im zweiten Teil des Projekts sollen isotopische Zonierungen des Lithiums in chemisch zonierten Olivin- und Klinopyroxen-Kristallen untersucht werden. Hierbei werden folgende Fragestellungen im Vordergrund stehen:(a) Ist die Konzentrations- (und Fe-Mg-Isotopen-) Zonierung häufig gekoppelt mit einer Zonierung der Li-Isotopie?(b) Wodurch entsteht die Li-Isotopen-Zonierung und welche (magmatischen) Prozesse sind in solchen Zonierungen aufgezeichnet?(c) Können wir Zeitinformationen über diese Prozesse erhalten, indem wir die beobachteten Zonierungen für Diffusionsmodellierungen nutzen?(d) In welcher räumlichen Skala findet Li-Diffusion in magmatischen Systemen statt -- innerhalb der Handstück-Skala oder darüber hinaus?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Ralf Dohmen; Professor Dr. Stefan Weyer, Ph.D.