Diffusion in wichtigen Mineralphasen. Teil 3: Kettensilikate: Pyroxene und Amphibol

• Antragsteller: Dr. Ralf Dohmen; Professor Dr. Francois Holtz
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405665352

Kettensilikate wie Pyroxen und Amphibol sind eine mineralogische Hauptkomponente in vielen unterschiedlichen magmatischen Gesteinen. In dem letzten Jahrzehnt wurde die Diffusionschronometrie mittels Haupt- und Spurenelementzonierung in Pyroxenen zunehmend genutzt. Allerdings wurde diese Anwendung und die implizierten Aussagen durch die unvollständigen experimentellen Diffusionsdaten eingeschränkt. Im ersten Förderzeitraum dieser Forschungsgruppe haben wir neue experimentelle Strategien entwickelt, um erfolgreich die Diffusionsraten von Fe-Mg und verschiedener Spurenelemente in Othopyroxen zu messen. Bei der Bestimmung der Fe-Mg Diffusion lag der besondere Fokus in der Quantifizierung des Effekts von Fe und Al als Funktion der Temperatur und Sauerstofffugazität. Die neuen Daten erlauben es jetzt Diffusionskoeffizienten für Fe-Mg bei relevanten Bedingungen und Orthopyroxenzusammensetzungen verlässlich für die Diffusionschronometrie an vulkanischen Gesteinen zu berechnen. Diese neuen Daten konnten nur erfolgreich aufgrund der Kombination von modernen Technologien bestimmt werden. Wir haben Laserstrahlabscheidung zur Erzeugung von Dünnschichtdiffusionspaaren kombiniert mit speziellen Präparationsmethoden zur Analyse der Diffusionsprofile mittels Elektronenrückstreubildern bzw. Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektroskopie. Für die Messung der diffusiven Fraktionierung von Li Isotopen haben wir ein Pulver als Quelle bei den Experimenten verwendet und die Diffusionsprofile mittels Laserablation induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie bestimmt. Im geplanten zweiten Antragszeitraum ist das wesentliche Ziel dieses Projektes die nun etablierte experimentelle Strategie auf die Untersuchung der Diffusion von Fe-Mg und Spurenelementen in Klinopyroxen und Amphibol auszuweiten. Ähnlich wie für Orthopyroxen (wenn man unsere neuen Daten noch ignoriert) gibt es nur eine begrenzte Anzahl von Diffusionsdaten für Klinopyroxen, die vor allem den Effekt der chemischen Zusammensetzung auf die Diffusionseigenschaften von Klinopyroxen nicht berücksichtigen. Für Amphibol gibt es im Grunde noch überhaupt keine relevanten Diffusionsdaten. Es liegt in der Kombination der Expertise und den wissenschaftlichen Einrichtungen in Bochum und Hannover begründet, dass man nun erstmals die realistische Möglichkeit hat diese fundamentalen Daten zu bestimmen. Die neu erworbenen Diffusionsdaten können sofort innerhalb der begleitenden Feldstudien (TP7, TP8) innerhalb dieser Forschergruppe verwendet und getestet werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2881: Diffusions-Chronometrie von magmatischen Systemen
• Mitverantwortlich: Professor Sumit Chakraborty, Ph.D.