Die Differenzierung tholeiitischer Basalte - Der Einfluss der primitiven Zusammensetzung und kleiner Mengen von H2O

• Antragsteller: Professor Dr. Francois Holtz, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288486500

Eine der wichtigsten Erkenntnisse aus Probennamen von untermeerischen Basalten der letzten 50 Jahren ist, dass Basalte der tholeiitischen Serie den mit Abstand häufigsten Magma-Typ darstellen, sowohl von den Mittelozeanischen Rücken (MORB: mid-ocean ridge basalt), als auch von ozeanischen Plateaus (Large Igneous Provinces, LIPs), von vielen ozeanischen Inseln (z.B. Hawaii), sowie auch von typischen achsennahen Seebergen (seamounts). Geochemische Studien an ozeanischen Basalten haben gezeigt, dass eine große Spanne von Mg-reichen Glaszusammensetzungen existiert, die die Varietät der primitiven Magmen mit Mantelabkunft wiederspiegelt. Aus den verschiedenen primitiven Magmen (Abhängigkeit von Mantelquelle und Aufschmelzgrad), deren unterschiedlichen Kristallisationsbedingungen (Druck, Volatilaktivitäten, Redoxbedingungen) und unterschiedlichen Differenzierungsmechanismen ist eine große Bandbreite von entwickelten Basalten entstanden, die in der ozeanischen Kruste beprobt wurden. In Kontrast zu den vielen experimentellen Studien bei sehr hohem Druck (> 1GPa) einerseits und 1 atm und vollkommen trockenen Bedingungen andererseits, sind bezüglich der Modellierung der Genese und Entwicklung von MORBs unter wirklich geologisch relevanten Bedingungen, was die Differenzierung in relativ seichten ozeanischen Magmenkammern betrifft (Druck: vom 50 bis 700 MPa, fluid-untersättigt bis zu fluid-gesättigten Systemen), nur wenig untersucht. Deshalb sind die thermodynamischen Modelle, die die Differnzierungspfade vorhersagen sollen, mit einer eingeschränkten Auswahl an Parametern kalibriert und können nicht auf die gesamte Breite an primitiven Schmelzzusammensetzungen angewendet werden. Zusätzlich sind die meisten Modelle fehlerhaft bei der Bewertung des Einflusses von Wasser auf die Fraktionierungsprozesse. In diesem Projekt planen wir experimentelle Untersuchungen an primitiven tholeiitischen Systemen durchzuführen, bei Druckbedingungen zwischen 50 (entspricht z.B. den Bedingungen der axialen Magmenkammern in der Dike/Gabbro-Transition) und 700 MPa (entspricht z.B. den Bedingungen von Magmenreservoirs in LIPs oder im Mantel unter magmenverarmten Rückensegmenten). Ziel ist die Schmelzentwicklung (LLD, liquid lines of descent) und die kotektischen Zusammensetzungen von Schmelzen im Gleichgewicht mit Olivin, Klinopyroxen und Plagioklas genau zu quantifizieren, wobei erstmalig das gesamte Spektrum der bekannten Zusammensetzungen von primitiven MORB-Gläsern abgedeckt werden soll. Dabei soll auch der Einfluss von kleinen Mengen an Wasser in den unterschiedlichen Systemen berücksichtigt werden. Die experimentellen Ergebnisse werden für die Abschätzung von Druck in Magmenreservoiren von Bedeutung sein. Die Ergebnisse werden dringend benötigt, um die Differenzierung von MORB und ozeanischen Tholeiiten in ihrer ganzen Breite zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Jürgen Koepke