Wasser in Manteleklogiten: Ursprung, Verteilung und physikalische Auswirkungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wasser kommt im Erdinneren hauptsächlich in Spurenmengen als OH-Anion in nominal wasserfreien Mineralen vor, beeinflusst jedoch stark die Rheologie des Erdmantels und grundlegende Erdprozesse wie die Plattentektonik. Klinopyroxen ist der Hauptwasserträger im Erdmantel, und Eklogit, das einen untergeordneten Teil der kratonischen Lithosphäre bildet, enthält ~50 % Klinopyroxen, was es zu einem potenziell wichtigen H2O-Reservoir macht, das die Stabilität der Lithosphäre beeinflussen könnte. Tief subduzierte paläo-ozeanische Kruste (3,0- 1,9 Ga) wird in Form von Eklogitfragmenten (Xenolithen) beprobt, die durch Kimberlitvulkanismus aus Tiefen von mehr als 100 km schnell exhumiert werden. Einige dieser Xenolithe sind bemerkenswert ursprünglich, so dass untersucht werden kann, inwieweit H2O nach ihrer Dehydratation und Metamorphose zu Eklogit in alten, subduzierten ozeanischen Platten verblieb. Hohe Al2O3-Gehalte, die für Eklogite mit plagioklasreichen Protolithen aus der tiefen ozeanischen Kruste charakteristisch sind, gehen mit hohen H2O-Gehalten in Klinopyroxen einher. Da Klinopyroxen nur bei hohem Druck Al-reich ist, wo die Kruste bereits trocken ist, der darunter liegende, durch Meerwasser veränderte ozeanische Mantel jedoch dehydriert, könnte die Wechselwirkung mit diesem Fluid die Al-H2O Assoziation erklären. Der auf Eklogit basierende H2O-Gehalt für alte ozeanische Kruste ist ähnlich der modernen, was impliziert, dass sich der tiefe Wasserkreislauf im Krustenteil subduzierender Platten in den letzten 3 Mrd. Jahren kaum verändert hat. Eklogitproben, die Anzeichen für Überprägung (Metasomatose) durch eine volatilreiche, kimberlitähnliche Schmelze aufweisen (Anreicherung an hochgradig inkompatiblen Elementen, z. B. Ce, ± Phlogopit und Amphibol), wurden verwendet, um die Auswirkungen dieses Prozesses abzuschätzen. Metasomatisierte Eklogite haben keine systematisch höheren H2O-Gehalte als Ursprüngliche, was zu erwarten wäre, wenn H2O zusammen mit ähnlich inkompatiblen Bestandteilen (z. B. Ce) hinzugefügt wurde. Dieses scheinbare Paradoxon wird aufgelöst, wenn man die kristallchemischen Auswirkungen der Mantelmetasomatose betrachtet, die die Jadeit-Komponente im Klinopyroxen und die Grossular-Komponente im Granat verringert, die beide den Einbau von H2O fördern. Folglich hat das Gleichgewicht mit einem wasserhaltigen metasomatischen Agens nur einen geringen positiven Nettoeffekt auf den H2O-Gehalt in Eklogit. Korrelationen der Verteilung einiger Elemente zwischen Amphibol und Phlogopit mit der Temperatur zeigen eindeutig, dass diese Minerale in der Tiefe des Mantels und nicht während des Aufstiegs kristallisierten. Entsprechend zeigt die Ar-Ar-Datierung von Phlogopit und die U-Pb Datierung von Granat in Amphibol-Eklogit, dass sie während Metasomatose innerhalb von einigen 100 Ma vor der Exhumierung des Xenoliths hinzugefügt oder isotopisch überprägt wurden. Diese Minerale beeinflussen daher den Solidus und die geophysikalische Signatur von Eklogit und Pyroxenit in der kratonischen Mantellithosphäre.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Fe3+ Distribution and Fe3+/ΣFe-Oxygen Fugacity Variations in Kimberlite-Borne Eclogite Xenoliths, with Comments on Clinopyroxene-Garnet Oxy-Thermobarometry. Journal of Petrology, 63(8).
Aulbach, Sonja; Woodland, Alan B.; Stagno, Vincenzo; Korsakov, Andrey V.; Mikhailenko, Denis & Golovin, Alexander
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Mineral Inclusions in Lithospheric Diamonds. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 88(1), 307-391.
Stachel, Thomas; Aulbach, Sonja & Harris, Jeffrey W.
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H2O analyses of clinopyroxene and garnet (FTIR) and oxygen isotope analysis of garnet (SIMS) in eclogite xenoliths from Udachnaya (Siberian craton), Version 1.0. Dataset, Interdisciplinary Earth Data Alliance (IEDA)
Aulbach S., Stalder R. & Stern R.A.
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Obtaining and interpreting lithospheric mantle ages. Gordon Research Conference on Timing, Tempo and Drivers of Lithospheric Evolution, Mount Snow, USA
Aulbach S.
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Water in Omphacite and Garnet From Pristine Xenolithic Eclogite: T‐X‐fO2 Controls, Retentivity, and Implications for Electrical Conductivity and Deep H2O Recycling. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 24(12).
Aulbach, Sonja; Stalder, Roland; Massuyeau, Malcolm; Stern, Richard A.; Ionov, Dmitri A. & Korsakov, Andrey V.
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Water in omphacite and garnet from unmetasomatised xenolithic eclogite: T-X-ƒO2 controls, and implications for conductivity and the deep H2O cycle. Abstract, 33nd V. M. Goldschmidt Conference, Lyon, France
Aulbach S., Stalder R., Massuyeau M., Stern R.A., Ionov D.A., Heaman L.M. & Korsakov A.V.
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Origins and petrogenetic significance of amphibole and phlogopite in kimberlite-borne eclogite xenoliths. Short Abstract, 11th International Kimberlite Conference, Yellowknife, Canada
Aulbach S., Kuiper K., Tinguely C., Jacob D., Wijbrans J. & Le Roex A.
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Water in cratonic eclogites and peridotites from the Superior and Sask Archean Cratons: impacts of tectonothermal events on mantle lithosphere evolution and dynamics. Short Abstract, 11th International Kimberlite Conference, Yellowknife, Canada
Davies R.M., Aulbach S. & Stachel T.
