Die Fraktionierung von Titan Isotopen während magmatischen Prozesse auf dem Mond - Die Relevanz unterschiedlicher Redoxbedingungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Titanium ist ein refraktäres lithophiles Element, das von Kernbildung und der Depletion flüchtiger Elemente während der planetaren Differentiation unbeeinflusst bleibt. Beobachtbare Ti-Isotopenvariationen im Bulk-Silikat Erde und Mond sollten daher das Ergebnis von Prozessen in diesen Körpern sein. Der Mond hat eine einfachere geologische Geschichte als die Erde, was Einblicke in das junge Erde-Mond-System ermöglicht. Die frühe lunare Magmatismusperiode war durch die fraktionierte Kristallisation eines frühen lunaren Magmaozeans geprägt, gefolgt von intensiven Meteoriteneinschlägen und Mantelumkehr. Letztere führte zur umfangreichen Schmelzung des lunaren Mantels und zur Bildung großer Mengen lunarer Basalte, unterteilt in niedrig- und hoch-Ti-Varianten. Niedrig-Ti-Basalte sind teilweise Schmelzprodukte peridotitähnlicher lunarer Mantelquellen, während hoch-Ti-Basalte durch Schmelzen hybridisierter, eisen-titanoxidreicher Quellgebiete entstehen. Die Mantelquellen hoch-Ti-Basalten gelten als stärker reduziert, was zu einer möglichen Präsenz von Ti3+ neben Ti4+ führt. Redoxabhängige Veränderungen in der Speziation und Koordination von Ti in Silicatschmelzen und lunaren Mantelmineralen können die Ti-Isotopenfraktionierung während des lunaren Magmatismus beeinflussen. Es gibt Präzedenzfälle für redoxabhängige stabile Isotopenfraktionierung während magmatischer Prozesse, wie terrestrische Basalte, die tendenziell höhere δ56 Fe als ihre Mantelquellen aufweisen. Wenn während der Petrogenese von hoch-Ti-Basalten Ti3+ ähnlich von Ti4+ entkoppelt wird, könnte dies zu einer Fraktionierung der Ti-Isotope während der Petrogenese von hoch-Ti-Basalten führen. Die kürzliche Beobachtung, dass hoch-Ti-Basalte höhere δ49 Ti als niedrig-Ti-Basalte aufweisen, deren Ti-Isotopenzusammensetzung der BSE ähnelt, scheint dies zu unterstützen. Der genaue Mechanismus, der diese Fraktionierung ermöglicht, ist jedoch nicht gut definiert. Insbesondere die Rolle der Redoxreaktionen und welche Phasen fähig sind, Ti-Isotope während der teilweisen Schmelze hoch-Ti-lunarer Mantelquellen zu fraktionieren, sind nicht bekannt. Das Ziel der hier vorgeschlagenen Forschung ist es, eine kombinierte experimentelle und analytische Kampagne zur Untersuchung der Ti-Isotopenfraktionierung durch lunaren Magmatismus durchzuführen. Konkret soll die Forschung die Bedingungen der Schmelze lunarer Basalte und ihrer Kristallisation reproduzieren und dann die Ti-Isotopenzusammensetzung aller Phasen messen, die an der Petrogenese von hoch-Ti- Basalten beteiligt sind. Mit diesen Daten wird es möglich sein, den genauen Mechanismus zu identifizieren, der für die beobachtete Ti-Isotopenfraktionierung in lunaren Basalten verantwortlich ist. Das Ziel dieser Forschung ist es, das Potenzial der Verwendung von Ti-Isotopen in Phasen aus differenzierten planetaren Körpern im Sonnensystem als Proxy für die Redoxbedingungen, die über Schmelzen und Kristallisation in diesen Körpern herrschen, zu bewerten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Ti K-edge XANES study on the coordination number and oxidation state of Titanium in pyroxene, olivine, armalcolite, ilmenite, and silicate glass during mare basalt petrogenesis. Contributions to Mineralogy and Petrology, 173(12).
Leitzke, F. P.; Fonseca, R. O. C.; Göttlicher, J.; Steininger, R.; Jahn, S.; Prescher, C. & Lagos, M.
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Unravelling lunar mantle source processes via the Ti isotope composition of lunar basalts. Geochemical Perspectives Letters, 13-18.
Kommescher, S.; Fonseca, R.O.C.; Kurzweil, F.; Thiemens, M.M.; Münker, C. & Sprung, P.
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The redox dependence of titanium isotope fractionation in synthetic Ti-rich lunar melts. Contributions to Mineralogy and Petrology, 176(3).
Rzehak, Laura J. A.; Kommescher, Sebastian; Kurzweil, Florian; Sprung, Peter; Leitzke, Felipe P. & Fonseca, Raúl O. C.
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Redox-dependent Ti stable isotope fractionation on the Moon: implications for current lunar magma ocean models. Contributions to Mineralogy and Petrology, 177(8).
Rzehak, Laura J. A.; Kommescher, Sebastian; Hoare, Liam; Kurzweil, Florian; Sprung, Peter; Leitzke, Felipe P. & Fonseca, Raúl O. C.
