Die Entstehung granitischer Gesteine im Archaikum und der Anfang der Plattentektonik.

• Antragsteller: Professor Dr. Boris J.P. Kaus
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404681101

Die Bildung kontinentaler Kruste ist eine der Hauptbedingungen für eine bewohnbare Erde, da dies maßgeblich die Entstehung des Lebens und die spätere Migration des Lebens an Land ermöglichte. Da kontinentale Kruste granitischer Zusammensetzung ist und somit eine geringere Dichte als Mantelgestein aufweist, bilden Kontinente im Gegensatz zu Ozeanen eine Erhebung. Es ist generell akzeptiert, dass diese Gesteine durch das Aufschmelzen des Mantels während eines mehrstufigen Prozesses, der das Aufschmelzen basaltischer und wasserhaltiger Phasen beinhaltet, entstehen. Auf der heutigen Erde passiert dies in Subduktionszonen. Auf der archaischen Erde allerdings waren die Manteltemperaturen höher, wodurch Schmelze im Mantel produziert werden konnte und die ozeanische Kruste signifikant mächtiger war. Modelle postulieren, dass potenzielle Manteltemperaturen, die 150-250K höher sind als heutige Werte, keine Subduktion ermöglichen würden. Stattdessen könnten Teile der Kruste in den Mantel getropft sein - der Prozess der Sagduktion. Die Fragen ob Plattentektonik im Archaikum aktiv war hängt von zwei Kernfaktoren ab: 1) dass die Temperaturen des archaischen oberen Mantels so hoch waren, dass ozeanische Platten nicht subduziert werden konnten; 2) dass archaische Granite durch einen von Subduktion unabhängigen Prozess gebildet wurden. Wie Granite entstehen, besonders in einer wärmeren Erde, ist nicht vollständig verstanden. In diesem Projekt werden wir petrologische Fakten nutzen um ein Modell einer mächtigen ozeanischen Kruste zu erstellen; einer die stark in ultramafische Kumulate in der unteren Hälfte und wasserhaltige Basalte in den oberen Lagen differenziert ist. Wir werden zusätzlich neue petrologische Daten und Abkühlungsmodelle zur Bestimmung der Temperaturen des archaischen Mantels berechnen. Danach werden wir mithilfe 2D und 3D numerischer Modelle die Dehydratation, das Aufschmelzen und die Deformation dieser Kruste simulieren und die Resultate mit verfügbaren petrologischen / geochemischen Daten vergleichen. Durch die Inklusion aktueller thermodynamischer Aufschmelzmodelle und der chemischen Entwicklung der Schmelze in den thermomechanischen numerischen Modellen, werden wir die Modellaussagen nutzen um zu testen ob Sagduktion oder Subduktion der effizientere Prozess zur Granitbildung ist. Zusätzlich werden wir Parametrisierungen erstellen die den Effekt der Subduktion und der Sagduktion auf die kühlende Erde beschreiben werden und diese Parametrisierungen in Abkühlungsmodelle miteinbeziehen. Dies wird uns neue Erkenntnisse zum Einfluss dieser Prozesse auf die thermische Entwicklung der Erde, auf die Entstehung und Bildung der Kruste und auf das Timing des Beginns der Plattentektonik auf unserem Planeten, liefern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1833: Building a Habitable Earth
• Internationaler Bezug: Frankreich, Großbritannien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Nicholas T. Arndt; Professor Dr. Richard William White