Krafla Magma unter Dekompression: Von unbeweglichem Magmenbrei zu explosivem Aufschäumen?

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Donald Bruce Dingwell; Professorin Dr. Bettina Scheu
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 298792151

In der Bohrung IDDP-1 wurde in 2 km Tiefe unter der Krafla Caldera nicht-eruptiv entgaste rhyolitische Schmelze entdeckt, was viele Fragen aufwarf, wie z.B:. Befindet sich echtes Magma in IDDP-1, oder ist Schmelze aus dem Umgebungsgestein in das Bohrloch herausgequollen? Bildete sich die Intrusion während der letzten Eruption? Falls ja, warum ist sie nicht eruptiert? Die Ziele dieses Antrags sind eng verbunden mit zentralen Zielsetzungen von KMDP, und sind Bestandteil des bohrungsbegleitenden wissenschaftlichen Programmes zur KMDP. Zwei, synergetisch verbundene Ziele bilden den Kern dieses Antrags: (1) Wie reagiert rhyolitische Magma im Allgemeinen, und Krafla-magma im Speziellen auf langsame Dekompression (in geringer Tiefe)? Das umfasst die Fragen nach dem ob, wann und wie Blasenbildung & -wachstum einsetzt, ob und wann permeable Netzwerke entstehen und eventuell die Fragmentation der Magma. (2) Wie mobil ist rhyolitische Magma in bzw. zu dem sie umgebenden Gestein in verschiedenen Kompressions- und Tensions-regimen (Dekompression)? Die Vorgehensweise dieses Antrags basiert auf einzigartigen Laborexperimenten, zur Erforschung möglicher Szenarien der Reaktion rhyolitischens Magmas unter für KMDP relevanten P-T Bedingungen auf langsame Dekompression. Verschiedene silikatische Schmelzen ('Magma') sollen untersucht werden, beginnend mit hydratisiertem Standardglass, synthetisierten Schmelzen (Hauptkomponenten des Magmas in IDDP-1), natürlichem und hydratisiertem Obsidian des letzten Ausbruchs von Krafla, bis hin zu natürlicher Magma der KMDP-Bohrung (sofern verfügbar). Unter P-T Bedingungen im Bereich von 800-920°C & 16-55 MPa wird das Verhalten der Magma unter langsamer Dekompression auskartiert, von 'keine Reaktion' über geringe Blasenbildung bis hin zu starkem oder gar explosivem Aufschäumen und Fragmentation. Dies wird uns ermöglichen das Eruptionspotential des Krafla-magma zu bestimmen. Zwei Ansätze kommen bei der Untersuchung der Mobilität des Krafla-magmas zum Einsatz: einerseits wird ein permeabler Felsite direkt oberhalb des Magmas platziert, dann werden beide langsam dekomprimiert, womit eine Interaktion des auf die Druckentlastung reagierenden Magmas mit dem Felsite (spröde, nicht fragmentierend) erzwungen wird. Im zweiten Ansatz wird eine zylindrische Magmaprobe in einem größeren, stahlummantelten Zylinder aus Felsite platziert. Dieses System wird in einer Uniaxialpresse bei 800-950°C kompressiver Be- und Entlastung ausgesetzt. Die erzielten Interaktionen werden mit Tomographie und (mikro)strukturellen Methoden untersucht. Zusammengenommen kann anhand dieser Ansätze das Zusammenspiel zwischen Magma und Felsite, sowie die Mobilität des Magmas charakterisiert und eingegrenzt werden. Das hier beantragte Forschungsvorhaben verspricht Antworten zu liefern, die entscheidend sind für das Verständnis wie Magmen in flacher Tiefe entstehen, sich entwickeln und interagieren, ebenso wie Magmen auf Störungen, z.B. Bohrungen, reagieren.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm (ICDP)
• Mitverantwortlich: Dr. Kai-Uwe Hess