Behaviour of Igneous Systems and Metal endowment across Arcs (BISMArc)
Final Report Abstract
Im Rahmen des „BISMArc“ Projektes wurden umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt, um die geologisch-geochemischen Unterschiede sowie die Entstehung mineralischer Lagerstätten von der vulkanischen Front eines Inselbogens bis in den Backarc hinein zu erforschen. Neben umfangreichen geochemischen Analysen ist hierfür auch ein genaues Verständnis des geologischen Settings sowie der geodynamischen Entwicklung erforderlich. Dazu wurden die ersten regionalen geologischen Karten des Meeresbodens im Lau Backarc Becken sowie der Randmeere Papua-Neuguineas und der Salomonen (letztere kombiniert die Geologie an Land mit der am Meeresboden) angefertigt. Beide Karten sind aktuell druckfertig und begleitende Fachartikel sind entweder bereits eingereicht. Diese Karten bilden die Grundlage für ein vertieftes Verständnis der regionalen Geologie, möglicher Aufstiegswege für Schmelzen und Fluide durch die Kruste sowie die hochauflösende Rekonstruktion der geodynamischen Entwicklung. Diese Aspekte spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von magmatischhydrothermalen Erzlagerstätten wirtschaftlich wichtiger Metalle wie Cu, Ag, Au aber auch As, Sb, Tl oder In. In einem zweiten Arbeitspaket wurden diese und 48 weitere Spurenelemente in vulkanischen Gläsern und einigen ausgewählten Gesamtgesteinsproben mittels Laserablations-ICP-Massenspektrometrie analysiert. Alle Proben stammen entweder aus dem Tonga-Kermadec Inselbogen und dem benachbarten Lau Backarc Becken oder dem Manus Backarc Becken und der TLTF Inselkette, die durch Extension der Kruste im Vorfeld der Öffnung des Manus Beckens entstanden ist. Aus diesem repräsentativen Datensatz zu zwei unterschiedlichen Regionen ergibt sich ein konsistentes Bild der geochemischen Veränderungen von der vulkanischen Front im Inselbogen hinein in den Backarc, in dem die Schmelzbildung überwiegend durch adiabatische Dekompression des aufsteigenden Mantelmaterials gesteuert wird. Durch die variablen Volatilgehalte ergeben sich auch große Unterschiede in den Oxidationszuständen der silikatischen Schmelzen. Für einige Proben aus dem Manus Becken konnte der Anteil dreiwertigen Eisens am gesamten Eisengehalt mittels Synchrotron-Messungen (µ-XANES) bestimmt und daraus die Sauerstofffugazität berechnet werden. Auch Ergebnisse für die Wassergehalte in den Proben liegen vor. Da auch die zuvor genannten Metalle und Halbmetalle ein redox-sensitives Verhalten aufweisen, sind aus der Auswertung des nun vorliegenden Datensatzes wichtige neue Erkenntnisse zum Verhalten dieser Elemente in den magmatischen Systemen entlang divergenter Plattenränder zu erwarten. Die systematische Variabilität von geochemischern Tracern mit zunehmender Distanz vom Inselbogen lässt sich wesentlich mit der Interaktion der Schmelzregime zwischen Inselbogen und Backarc erklären. Obwohl es sich bei dem hier durchgeführten Forschungsprojekt im Wesentlichen um Grundlagenforschung handelt sind, sind doch einige konkrete Anwendungsmöglichkeiten denkbar. Durch die Erforschung der Systematik wirtschaftlich wichtiger Metalle und Halbmetalle in unterschiedlichen magmatischen Systemen können Lagerstättenmodelle verfeinert und daraus ein Modell zum Rohstoffpotential bestimmter Gesteinstypen abgeleitet werden. In Kombination mit den regionalen geologischen Karten kann damit das Rohstoffpotential einer ganzen Region – an Land als auch unter Wasser – quantifiziert werden.
Publications
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(See online at https://doi.org/10.1029/2019JB019184) - 2020. Shallow Seismicity and the Classification of Structures in the Lau Back-Arc Basin. Geochemistry Geophysics Geosystems 21, 382–25
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(See online at https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2020.103491)
