Gescherte Peridotite: Deformation, Metasomatose und beginnende Destabilisierung von Kratonen

• Antragsteller: Dr. Anthony Withers, Ph.D.; Professor Dr. Alan Butler Woodland
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429770270

Kratone sind die ältesten Teile der kontinentalen Kruste, die eine bis zu 250 km mächtige lithosphärische Erdmantelwurzel besitzen. Die Langlebigkeit der Kratone seit dem Archaikum (3,5–2,5 Ga) kann auf einen Viskositätskontrast zwischen der Wurzel und der umgebenden Asthenosphäre zurückgeführt werden. Eine Erklärung für diesen Unterschied ist, dass die Basis der Lithosphäre H2O-arm (d.h. geringe OH Gehalte in Olivin und Pyroxen) und rheologisch steifer ist. Die Zufuhr von Volatilen und anderen chemischen Elementen durch Metasomatose kann zur Verringerung eines Viskositätsunterschiedes führen. Folglich kann es zur Destabilisierung und eventuellem Auseinanderbrechen der kratonischen Blöcke kommen. Dies kann vorallem an Scherzonen stattfinden, wo der Scherstress fokussiert ist und die Migration von Schmelzen und Fluiden begünstigt wird. Unklar bleibt jedoch, wie die Rückkoppelungsmechanismen zwischen Metasomatose und Deformation sind. Es bedarf multidisziplinärer Studien, um geochemische Modifikationen mit Deformation zu korrelieren. "Gescherte" Peridotite haben Texturen, die eine/mehrere Deformationsereignisse und ihr rheologisches Verhalten unter Erdmantelbedingungen anzeigen. Solche Proben innerhalb einer Xenolithpopulation stammen im Allgemeinen aus den größten Tiefen. Deshalb sollten sie Auskunft über duktile Scherprozesse nahe der Basis der kratonischen Wurzel und über Destabilisierungsmechanismen geben.Ziel ist es, die Beziehung zwischen Deformationsprozessen in der Erdmantellithosphäre und den geochemischen Signaturen zu untersuchen, die durch metasomatische Prozesse verursacht wurden. Gescherte Peridotite aus Lesotho und Kimberley (S.A.) werden untersucht, die aus unterschiedlichen Tiefen und Temperaturen stammen. Damit können die Auswirkungen von P und T auf die Textur und Mineralchemie bestimmt werden. Diese breit angelegte Studie beinhaltet i) eine mikrostrukturelle Analyse mit Bestimmung der Korngröße und der Gitterorientierung (lattice preferred orientation) von Olivin und Orthopyroxen via EBSD, ii) eine chemische Charakterisierung der Minerale mit EPMA, LA-ICP-MS und Mössbauer Spektroskopie zur Bestimmung von P, T, fO2 und des metasomatischen Einflusses und iii) die Bestimmung der OH Gehalte in Olivin und Pyroxen, mit FTIR und SIMS. Die Charakterisierung wird in Abhängigkeit der Korngröße gemacht, um Veränderungen durch die Deformation erkennen zu können. Spurenelementanalysen werden an Körnern bis min. ~40–50 Mikrometer durchgeführt und OH-Gehalte werden mittels SIMS an neoblastischen Körnern (~30 Mikrometer) gemessen. Referenzmaterialen werden verwendet, um die Vergleichbarkeit zwischen FTIR und SIMS sicherzustellen. Die strukturellen Daten liefern Informationen über den differentiellen Stress und Deformationsmechanismen, womit die Viskosität berechnet wird. Mit diesen Ergebnissen und den Mineralchemie wird der Einfluss von Metasomatose auf das Deformationsverhalten und dessen Auswirkung auf die Destabilisierung von kratonischen Wurzeln erforscht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Jolien Linckens, Ph.D.