Chronometrie in plutonischen Gesteinen: Abkühlraten alter ozeanische Erdkruste

• Antragstellerinnen: Dr. Kathrin Faak; Dr. Maria Kirchenbaur
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405665352

Seit dem Einsetzen der Plattentektonik ist die Bildung neuer ozeanischer Kruste an mittelozeanischen Rücken einer der Hauptmechanismen für die Abkühlung des Erdinneren. Eines der zentralen ungelösten Probleme ist jedoch die effiziente Wärmeübertragung während der Bildung der plutonischen Ozeankrustensektion. Es wurden mehrere Modelle für die Erzeugung des plutonischen Abschnitts an ozeanischen Rücken vorgestellt, die sich hauptsächlich auf die Kühlung der ozeanischen Kruste durch Konduktion oder Advektion von Fluiden durch die Kruste konzentrieren. Versuche, prominente Endgliedermodelle zu testen, haben bisher zu keinen schlüssigen Ergebnissen geführt. Beispielsweise scheint die Abkühlung der gesamten Kruste besser mit konduktiver Abkühlung vereinbar zu sein, obwohl in den Gesteinen Hinweise auf hydrothermalen Flux zu finden sind. Daher ist es notwendig, die Verteilung der Abkühlraten als Funktion der Distanz von dokumentierten Fluidwegen zu betrachten und gleichzeitig den Fluidfluss zu quantifizieren. Wir schlagen vor, dieses Problem mit einem umfassenden Ansatz zu lösen, bei dem Diffusions-Chronometrie und Isotopengeochemie an Proben aus fokussierten Flüssigkeitsströmungszonen (FFFZ) innerhalb der Gabbroschichten des Wadi Gideah-Referenzprofils im Oman-Ophiolith kombiniert werden. Daher ist es unser Ziel, die Abkühlungsraten in mehreren Profilen zu quantifizieren, angefangen beim Kontakt mit einer FFFZ bis in die massiven geschichteten Gabbros. Die Abkühlraten werden an Olivin, Plagioklas und Pyroxenen in verschiedenen Gabbro-Proben unter Verwendung von Multidiffusions-Chronometern bestimmt. Hierzu zählen beispielsweise das bewährte Ca-in-Olivin-Geospeedometer zusammen mit den kürzlich entwickelten Geospeedometern auf Basis der Spurenelementdiffusion im Plagioklas (Mg, Ba, Sr, La, Ce) sowie mögliche Chronometer mit Pyroxenen (z.B. Fe-Mg-, Sr- oder Li-Diffusion in Klinopyroxen). Zusätzlich schlagen wir vor, das schnell diffundierende stabile Li-Isotopensystem auf Olivin, Plagioklas und Pyroxen sowie auf ausgewählte Gesamtgesteinsproben anzuwenden. Die Messung der Isotopenprofile von Li und Sr in Gesteinsproben, die die FFFZ umgeben, kann verwendet werden um gleichzeitig die Abkühlraten sowie die Fluidflüsse zu bestimmen. Die Studie liefert nicht nur Einblicke in den Kühlmechanismus der ozeanischen Kruste, sondern ermöglicht auch die Überprüfung der Konsistenz und Robustheit verschiedener Diffusionschronometer, die an denselben Proben angewendet werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2881: Diffusions-Chronometrie von magmatischen Systemen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Jürgen Koepke