Felsische Intrusionen in von IODP erbohrten Gabbros von der Atlantis Bank am Südwestindischen Rücken: Entstehung, Metamorphose und Rolle als multifunktionale Pfade für Fluide und Massen-Transfer

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Koepke
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408055224

Typische tiefe Kruste von langsam-spreizenden Rücken besteht aus Gabbro, der von zahllosen, cm- bis dm-mächtigen, evolvierten sog. felsischen Gängen intrudiert wird. Ihre Entstehung sowie ihre Rolle bei der hydrothermalen Alteration der Kruste ist weitgehend unbekannt. Eine IODP Expedition bohrte am Site 1473 auf der Atlantis Bank (Südwestindischer Rücken) ~790 m tief in massive Gabbros, die von fast 400 felsischen Gängen durchschlagen werden (~1.5% des Kernes). Diese bieten die einzigartige Möglichkeit zu einer umfassenden und tiefgreifenden Untersuchung von felsischen Gänge in langsam-spreizender ozeanischer Kruste. Das Projekt untergliedert sich in 3 Themen:(1) Thema 1 zielt auf eine Untersuchung der magmatischen Entstehung der felsischen Gänge. Sind sie durch extreme Fraktionierung von MORB entstanden, oder durch partielles Aufschmelzen von Gabbro durch perkolierende hydrothermale Fluide, oder durch liquide Entmischung in einem evolvierten MORB System? Geprüft werden diese Hypothesen durch Gesamtgesteinsgeochemie in Verbindung mit geochemischer Modellierungen sowie durch eine experimentelle Simulation.(2) Thema 2 fokussiert auf die Natur des Übergangs zwischen den finalen magmatischen Prozessen und dem initialen Auftreten von hydrothermaler Aktivität in dem gerade gefrorenen Gabbro, die ebenfalls magmatische Prozesse triggern kann. Dieses Thema schließt auch die wichtige Frage ein, wie tief hydrothermale Wässer in die Detachement Fault eindringen können, und wie sich das auf die Rheologie der frisch akkreditierten Kruste auswirkt. Der Schlüssel zum Verständnis in diesem kaum untersuchten Thema im Übergang vom magmatischen zum metamorphen Regime, liegt in der sorgfältigen stofflichen Untersuchung von Hoch-Temperatur-Amphibolen, ihre inhärentes Potential zur Bestimmung von Entstehungstemperaturen, sowie auch in der genauen Bestimmung der Solidus-Temperatur bei Wassersättigung dieser speziellen, oft sehr evolvierten Gabbros vom Hole U1473.(3) Grundlage für Thema 3 ist die Beobachtung, dass die felsischen Gänge immer signifikant stärker als das gabbroide Nebengestein alteriert sind, und dass die metamorphen Mineral-Assoziationen in den felsischen Gängen typischerweise wechselnde metamorphe Bedingungen anzeigen, z.B. von höchsten Temperaturen nahe am Gesteins-Solidus bis hinunter zu sehr niedrigen Temperaturen (Sub-Grünschieferfazies). Diese Beobachtungen werfen die Frage nach der Rolle der felsischen Gänge für die metamorphe Entwicklung bei der hydrothermalen Abkühlung der Kruste auf, und nach der Menge der Fluide, die über solche Pfade umgesetzt wurden. Der methodische Ansatz hierfür ist die sorgfältige Analyse von fluid-haltigen Mineralen (Amphibole, Apatit), die genaue Erfassung der Gleichgewichtstemperatur über Geothermometrie in Kombination mit der Analyse von lokalen metamorphen Gleichgewichten, Abschätzung des Fluxes an meerwasser-abgeleiteten Fluiden über Sr- und Sauerstoff-Isotopie, sowie thermodynamische Berechnungen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 527: Bereich Infrastruktur - "International Ocean Discovery Program" (IODP)
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Wolfgang Bach; Professor Dr. Francois Holtz