Tiefe Subduktion in der Erdgeschichte: Spurensuche im sedimentären Rekord

• Antragsteller: Professor Dr. Hilmar von Eynatten
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428738884

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Projekt zielte auf die aktuelle und lebhaft diskutierte Frage in den Geowissenschaften, ob tiefe (‚modern-style‘) Subduktion einschließlich der Bildung von Ultrahochdruck (UHP)-Gesteinen bereits vor dem Neoproterozoikum existierte oder nicht. Dieses Problem wurde mit einem völlig neuen Ansatz angegangen, einer Screening-Methode von Sedimenten mit dem Ziel der Detektion von Coesit-Einschlüssen in detritischen Granaten. Während der erste Teil des Projektes auf methodische Verbesserungen zielte mit einem Testgebiet im Erzgebirge in Deutschland, sollte der zweite Teil der systematischen Suche von UHP-Detritus in paläoproterozoischen Gürteln in W-Grönland und NE-Kanada gelten. Für den zweiten Teil konnten bisher nur Teilergebnisse erzielt werden, da die Geländearbeit in Kanada aufgrund Covid-19 bedingter Reisebeschränkungen erst in 9/2022 stattfinden konnte. Die methodischen Verbesserungen umfassen (1.) den konzeptionellen Beweis, dass die neue Methode auch in größeren Einzugsgebieten (>500 km2) funktioniert, (2.) detaillierte Untersuchungen zum Zusammenhang von Mineraleinschlusstyp und -häufigkeit mit der Granat-Korngröße, (3.) besseres Verständnis von Größe und mineralischen Charakteristika der Coesit-Einschlüsse und deren Erhaltungspotential im Kontext von Wirtsgesteinstyp und Einschlussdichte, und (4.) die Zusammenhänge zwischen Einschlusstyp, Wirtsgestein und Granatchemie, im Wesentlichen aufbauend auf einem neuen KI-gestützten Diskriminationsschema von Wirtsgesteinen basierend auf der Granatchemie. All diese Weiterentwicklungen erlauben ein wesentlich effizienteres Screening von UHP-Granaten in Sedimenten bzw. Sedimentgesteinen. Für die Teststudie im Erzgebirge konnte gezeigt werden, dass jenseits der bekannten UHP-Gesteinskörper („Eklogitlinsen“) signifikante Anteile der felsischen Umgebungsgesteine ebenfalls UHP-Metamorphose erfahren haben. Des Weiteren haben wir die Methode auf einen Granat-reichen Strandsand einer Insel an der konvergenten Plattengrenze in Papua- Neuguinea angewendet, wo die jüngsten UHP-Gesteine der Erde aufgeschlossen sind. Dort existieren detritische Granate, die einen vollen Gesteinskreislauf von der Subduktion sedimentärer Gesteine über UHP-Metamorphose und partieller Aufschmelzung bis hin zu schneller Exhumierung, Erosion und Sedimentation bezeugen können. Für die paläoproterozoischen Gürtel widerlegen unsere bisherigen Ergebnisse, dass die Nordre Strømfjord Scherzone im Nagssugtoqidian Gebirge in W Grönland die zuvor publizierten extremen Druckbedingungen erlebt hat. Das Gebiet sollte daher nicht als Beleg für die Existenz tiefer (‚modern-style‘) Subduktion im Paläoproterozoikum herangezogen werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Diamond and coesite inclusions in detrital garnet of the Saxonian Erzgebirge, Germany. Geology, 47(8), 715-718.
  Schönig, Jan; von Eynatten, Hilmar; Meinhold, Guido & Lünsdorf, N. Keno
  
• Dispersed occurrence of mafic and felsic ultrahigh-pressure rocks in the central Saxonian Erzgebirge (Germany) revealed by diamond and coesite inclusions in detrital garnet. GeoMünster 2019, University of Münster, Germany (oral presentation).
  Schönig J, von Eynatten H, Meinhold G & Lünsdorf NK
  
• Inclusions in detrital garnet as tracer of UHP metamorphism. WAGGS 2019, Syracuse University, New York, USA (oral presentation).
  Schönig J, von Eynatten H, Meinhold G & Lünsdorf NK
  
• The 'life cycle' of coesite-bearing garnet. GeoMünster 2019, University of Münster, Germany (poster presentation).
  Schönig J, von Eynatten H, Meinhold G & Lünsdorf NK
  
• Deep subduction of felsic rocks hosting UHP lenses in the central Saxonian Erzgebirge: Implications for UHP terrane exhumation. Gondwana Research, 87, 320-329.
  Schönig, Jan; von Eynatten, Hilmar; Meinhold, Guido; Lünsdorf, N. Keno; Willner, Arne P. & Schulz, Bernhard
  
• The potential of detrital garnet in UHP research as exemplified by the central Saxonian Erzgebirge. GeoUtrecht 2020, University of Utrecht, Netherlands (oral presentation).
  Schönig J, von Eynatten H, Meinhold G & Lünsdorf NK
  
• Garnet major-element composition as an indicator of host-rock type: a machine learning approach using the random forest classifier. Contributions to Mineralogy and Petrology, 176(12).
  Schönig, Jan; von Eynatten, Hilmar; Tolosana-Delgado, Raimon & Meinhold, Guido
  
• Garnet sand reveals rock recycling processes in the youngest exhumed high- and ultrahigh-pressure terrane on Earth. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(3).
  Baldwin, Suzanne L.; Schönig, Jan; Gonzalez, Joseph P.; Davies, Hugh & von, Eynatten Hilmar
  
• Life-cycle analysis of coesite-bearing garnet. Geological Magazine, 158(8), 1421-1440.
  Schönig, Jan; von Eynatten, Hilmar; Meinhold, Guido & Lünsdorf, N. Keno
  
• Mineral inclusions in detrital garnet: An excellent petrogenetic tool. GeoKarlsruhe 2021, Karlsruhe Institute for Technology, Germany (oral presentation).
  Schönig J.
  
• Reply to comment on “Deep subduction of felsic rocks hosting UHP lenses in the central Saxonian Erzgebirge: Implications for UHP terrane exhumation”. Gondwana Research, 98, 320-323.
  Schönig, Jan; von Eynatten, Hilmar; Meinhold, Guido; Lünsdorf, N. Keno; Willner, Arne P. & Schulz, Bernhard
  
• Mineral inclusions in detrital garnet – A complementary tool in ultrahigh-pressure research. EGU General Assembly, Vienna, Austria (oral presentation).
  Schönig J, von Eynatten H, Meinhold G, Lünsdorf NK & Baldwin SL
  
• Random forests in single-grain provenance analysis: The garnet showcase. 5th Meeting of the Working Group on Sediment Generation, University of Milano-Bicocca, Italy (oral presentation).
  Schönig J., von Eynatten H., Tolosana-Delgado R. & Meinhold G.
  
• The sedimentary record of ultrahigh-pressure metamorphism: a perspective review. Earth-Science Reviews, 227, 103985.
  Schönig, Jan; von Eynatten, Hilmar; Meinhold, Guido & Lünsdorf, Nils Keno
  
• Detrital garnet petrology challenges Paleoproterozoic UHP metamorphism in Western Greenland. EGU General Assembly, Vienna, Austria (oral presentation).
  Schönig J, Benner C, Meinhold G, von Eynatten H & Lünsdorf NK
  
• Detrital garnet petrology challenges Paleoproterozoic ultrahigh-pressure metamorphism in western Greenland. European Journal of Mineralogy, 35(4), 479-498.
  Schönig, Jan; Benner, Carsten; Meinhold, Guido; von Eynatten, Hilmar & Lünsdorf, N. Keno