Korngrenzkartierung in dynamisch rekristallisiertem Quarz-röntgenmikroskopische Untersuchungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Trotz erfolgreicher Durchführung röntgenmikroskopischer Messungen an der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble konnten die Daten nicht ausgewertet werden, da die Datensätze für die vorgesehenen Programme zu groß waren. Nachdem dieses Problem nicht behoben werden konnte, konzentrierten sich die Untersuchungen - entgegen dem ursprünglichen Projektplan - auf hoch auflösende elektronenmikroskopische Messungen an Quarzkorngrenzen, die am GeoForschungsZentrum in Potsdam in Zusammenarbeit mit Dr. Richard Wirth und Dr. Luiz Morales durchgeführt wurden. Diese Untersuchungen erbrachten folgende Ergebnisse: (1) Quarz-Korngrenzen (und Quarz-Feldspat-Phasengrenzen) in metamorphen Gesteinen sind teilweise offen, mit Öffnungsweiten von mehreren hundert Nanometern. (2) Es gibt drei verschiedene Arten von Kavitäten entlang der Korngrenzen: (a) 300-500 nm weite offene Zonen parallel zu den Korngrenzen und ihrer Segmentierung, wahrscheinlich als Ergebnis der Kristallschrumpfung bei Abkühlung unter die Temperatur, bei der Volumendiffusion zu schwach ist, um eine Schließung der offenen Poren zu bewirken (für Quarz: ca. 300°C). Die Anisotropie der Schrumpfung verhindert ein völliges Schließen der Grenzen bei erhöhten Drucken. Dieses Verhalten wurde qualitativ modelliert. Die Ergebnisse passen sehr gut zu den Messdaten. (b) Bis zu mehrere Mikrometer breite 'Einbuchtungen' dieser offenen Zonen. Sie sind das Ergebnis von Fluidtransport, gekoppelt mit Lösungs-Fällungsprozessen. (c) Nanometer-kleine konische 'Eindellungen', die bevorzugt dort auftreten, wo Versetzungen auf die Korngrenzen treffen. Auch sie sind durch Fluidtransport entstanden, gekoppelt mit Lösungsprozessen. (3) Die Kavitäten sind in 3D miteinander verbunden und bilden vermutlich ein Netzwerk, das für Permeabilität sorgt. Serielle Schnitte, die eine 3D-Visualisierung erlauben, machen das deutlich. Da Volumenreduktion temperaturabhängig und in den meisten Mineralen anisotrop ist, können offene Korn- und Phasengrenzen in allen metamorphen und magmatischen Gesteinen erwartet werden, insbesondere auch in Gesteinen der mittleren kontinentalen Kruste und der ozeanischen Kruste. Das sollte erhebliche Konsequenzen für diverse physikalische Eigenschaften dieser Gesteine haben: Elastizität, Festigkeit, Porosität, Permeabilität, mit Auswirkungen auf Fluidfluss und Reaktivität.
