Edelgas-Isotopenzusammensetzung des präkambrischen Erdmantels

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Jens Hopp
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424108993

Ein wesentlicher Teil der irdischen Atmosphäre entstand durch Entgasung des Erdmantels sehr früh in der Erdgeschichte. Diese fundamentale Schlussfolgerung ist hauptsächlich abgeleitet vom Überschuss radiogener Isotope in Mantelquellen (MORB, OIB), z.B. 40Ar von 40K und 129Xe vom Zerfall des kurzlebigen 129I, sowie Spalt-Xenon von 238U und/oder 244Pu. Während für den heutigen Erdmantel die Isotopen-Verhältnisse recht gut bekannt sind, gibt es kaum Information zum Erdmantel im Präkambrium. Der alte Erdmantel sollte erwartungsgemäß einen höheren Anteil primordialer Nuklide und einen geringeren Anteil radiogener Nuklide haben, was im Einzelnen von der Entgasungsgeschichte und der Verarmung lithophiler Elemente im Erdmantel abhängt und diese Prozesse somit eingrenzt. Allerdings gibt es nur wenige Helium-Isotopendaten archaischer Mantelgesteine, und es ist unsicher, zu welchem Grad kosmogene Nuklide diese Isotopendaten beeinflussen. In dieser Studie sollen verschiedene den Erdmantel charakterisierende Gesteinslithologien untersucht werden die einen Altersbereich von 3.7 Ga bis 800 Ma umfassen: Archaische ultramafische Gesteine von Peridotit-Linsen des Itsaq Gneiss Complex südlich des Isua Supracrustal Belt; Komatiite (Barberton Greenstone Belt, Südafrika, und Pilbara Kraton, West Australien, Altersbereich 3.6-2.9 Ga) sowie indische Karbonatite (Hogenakkal, 2.4 Ga; Newania, 1.55 Ga; Sevattur, 800 Ma). Jüngere ultramafische Gesteine und Karbonatite beinhalten Manteledelgase in Fluideinschlüssen, die von ihren Trägermagmen oder metasomatisierenden Mantelfluiden aufgenommen wurden. Diese enthalten gut dokumentierte Mantelgase selbst in relativ alten Proben (z.B. in 380 Ma alten Karbonatiten der Kola-Halbinsel, Russland). In Präkambrischen Gesteinen bestehen die größten Schwierigkeiten bei der Bestimmung von Mantelgas-Zusammensetzungen in der Quantifizierung von krustalen Beiträgen während Grünschiefer-fazieller Metamorphose, von Verwitterungseinträgen atmosphärischer Gase sowie von in situ radiogenen und kosmogenen Beiträgen. Um in situ Beiträge von letzteren zu minimieren sind etablierte Edelgas-Extraktionsverfahren mittels stufenweisen Knackens vorgesehen. Zusätzlich wird Fluideinschluss-Mikrothermometrie für die Peridotite angewendet, um Einschlussgruppen mit ähnlichen Entstehungsbedingungen zu identifizieren. Individuelle Einschlüsse oder Gruppen können mittels Laser geöffnet und mit einem ultrasensitiven Noblesse Edelgas-Massenspektrometer analysiert werden, das speziell für kleine Probenmengen konzipiert wurde.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Indien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Shrinivas Viladkar