Chlor in Amphibol: Intrakristalline Diffusion und Verteilung zwischen Amphibol und Schmelze

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Behrens
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 298850205

Chlor (Cl) ist ein häufiges volatiles Element im Inneren und in den äußeren Schichten der Erde und anderer Planeten (z.B. Mars). Es spielt eine wichtige Rolle bei vielen geologischen und Umwelt betreffenden Prozessen in einem großen Temperatur- und Druckbereich. In hydrothermalen Systemen können Chlorgehalte oft mittels Flüssigkeitseinschlüssen in Mineralen bestimmt werden. Die Quantifizierung von Chlorgehalten in magmatischen Systemen wird dagegen oft dadurch kompliziert, dass Cl teilweise bei der Entgasung verloren gegangen ist und nur sehr wenige Phasen eine Information über die ursprünglichen Cl-Gehalte gespeichert haben. Amphibol ist ein häufiges Mineral in einer Vielzahl von Gesteinen und kann abhängig von den Bildungsbedingungen, aber auch von nachgeschalteten Prozessen variable Mengen an Cl in die Struktur einbauen. Um dieses Mineral für eine Rekonstruktion der Entwicklung des Volatilbudgets der Magmen nutzen zu können, muss allerdings die Verteilung des Chlors zwischen Schmelze und Kristall besser verstanden werden. In dem vorgeschlagenen Projekt sollen mit Serien von Experimenten zum einen die Verteilungskoeffizient von Chlor zwischen Amphibol und Silikatschmelzen (KCl) und zum anderen die Diffusionsrate von Cl in den Amphibolen (DCl) bestimmt werden. Die Elementverteilung wird innerhalb des Stabilitätsfeldes von Amphibol in einem großen Druck- und Temperaturbereich (100-700 MPa and 750-1000 °C) für basaltische bis rhyodazitische Systeme untersucht. Vorläufige Arbeiten haben gezeigt, dass die Gesamtzusammensetzung der natürlichen Systeme das Verteilungsverhalten maßgeblich kontrolliert. Um die wesentlichen Zusammensetzungsparameter (Kristallchemie der Amphibole, Zusammensetzung der koexistierenden Schmelze) zu ermitteln, sollen 12 verschiedene Startmaterialien eingesetzt werden, die in jeweils unterschiedlichen P-T Bereichen Amphibol als Liquidusphase aufeweisen. Eine besondere Herausforderung wird die Bestimmung von DCl bei kontrollierten Bedingungen sein. Die experimentelle Strategie beinhaltet die Synthese von großen Amphibolen in Vorversuchen und anschließende Cl/OH Austauschversuche möglichst unter Vermeidung einer Kopplung mit Kationendiffusion in den Amphibolen. Zu diesem Zweck soll das chemische System gegenüber den Synthesebedingungen so wenig wie möglich modifiziert werden.Die Ergebnisse der Arbeit sind von besonderem Interesse für vulkanische Systeme, haben aber auch das Potential einer Anwendung auf magmatische Systeme der Erde und anderer Planeten. Die Kenntnis des Verteilungskoeffizienten des Chlors zwischen Amphibol und Schmelze ist essentiell für die korrekte Bestimmung der Cl-Gehalte der Magmen und somit für die quantitative Interpretation von Prozessen in magmatischen Systemen. Cl-Diffusionskoeffizienten für Amphibole können einen Zugang zu den Zeitskalen derartiger Prozesse bilden, indem durch Austauschprozesse gebildete Konzentrationsprofile von Chlor in den Mineralen ausgewertet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Francois Holtz, Ph.D.