Edelgas-Isotopenzusammensetzung des präkambrischen Erdmantels
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurden Edelgas-Zusammensetzungen präkambrischer Gesteine mit Herkunft aus dem Erdmantel auf noch mögliche relikte Isotopen-Signaturen untersucht. Dafür wurden zwei Karbonatit-Komplexe in Indien mit unterschiedlichem Alter sowie die derzeit ältesten bekannten Mantelgesteine aus Grönland beprobt. Aufgrund der sich mit dem Projekt überschneidenden Corona-Einschränkungen konnten nicht alle geplanten Proben in Indien gesammelt und Lokationen beprobt werden. Der Newania-Karbonatit (ca. 2 Ga alt) weist eine interessante Mineralparagenese aus Dolomit und Magnesit mit vereinzelt primärem (magmatischen) Siderit auf. An drei Magnesio-Karbonatit-Proben wurden detaillierte petrologische Untersuchungen mit optischer und Rasterelektronen-Mikroskopie sowie Analysen mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie durchgeführt. Die Seltene-Erden- Zusammensetzungen sowie Analysen der stabilen Sauerstoff- und Kohlenstoff-Isotope bestätigen einen Mantelursprung dieser Paragenese, die in >130 km Tiefe durch Aufschmelzen eines karbonatisierten Mantelperidotits entstanden sein muss und auf dem Weg durch den obersten Erdmantel zur finalen Position in der Unterkruste seine Zusammensetzung veränderte. Aufgrund der feinkörnigen Struktur des Magnesits konnte die sehr zeitraubende Mineralseparation innerhalb des Projektes nicht mehr umgesetzt werden. Der jüngere Karbonatit-Komplex in Sevattur (ca. 800 Ma, Südindien) besteht aus Dolomit und Kalzit, wobei Entmischungen zwischen Dolomit und Kalzit Hinweise auf die Magmen-Fraktionierung liefern. Ein Dolomit und ein Kalzit Separat wurden auf ihre Edelgas-Zusammensetzungen untersucht und ergaben keine Hinweise auf vorhandene Mantelgase. Stattdessen scheint die Neon-Isotopenzusammensetzung auf perkolierende und mobilisierte Fluide aus der Umgebung des Karbonatits hinzuweisen. Von Grönland wurden 3.8 Ga alte Metabasite als Ganzgestein sowie Mineralseparate aus den Peridotiten untersucht. Alle Proben weisen einen erhöhten Anteil an radiogenen Isotopen auf, die entweder durch externe krustale Fluide oder durch in situ Zerfall entsprechender Mutternuklide eingetragen wurden. Die maximalen beobachteten 20Ne/22Ne- Werte zweier Separate liegen mit 10.98±0.25 bzw. 10.88±0.08 (1σ) signifikant über dem atmosphärischen Wert und repräsentieren noch nachweisbare Manteledelgase. Die Luft-korrigierten 21Ne/22Ne12.5-Werte (unter Annahme Mantel 20Ne/22Ne=12.5) liegen mit minimal 0.08 nur leicht über dem modernen Werte des konvektiven Erdmantels von 0.06. Aufgrund einer sicher noch vorhandenen, mit 4He* assoziierten nukleogenen 21 Ne*-Komponente in diesen Proben ist der tatsächliche Mantelwert sehr wahrscheinlich niedriger als der heutige Mantelwert, was den Erwartungen eines noch weniger entgasten Mantelreservoirs mit einem geringeren radiogenen Beitrag entsprechen würde. Kein Mantel-3He konnte identifiziert werden, was letztlich Modellierungen zur frühen Entgasungsgeschichte des Erdmantels verhinderte.
