Stabilität und Chemie von Amphibol in mafischen kalk-alkalischen und alkalischen Magmen

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

Amphibol ist ein häufiges Silikatmineral, welches aufgrund seiner flexiblen Kristallstruktur eine bemerkenswerte Variabilität in der Zusammensetzung aufweist. Die Kristallisation von Amphibol hat einen entscheidenden Einfluss auf die magmatische Differenzierung, was seine wichtige Rolle für die Bildung magmatischer Gesteine unterstreicht. Der Kristallisationsbeginn von Amphibol kann als ein verteilender peritektischer Reaktionspunkt beschrieben werden, an welchem die Restschmelze sowie zuvor gebildete Mineralphasen beteiligt sind, wobei die Reaktionsstöchiometrie aber erheblich variieren kann. Folglich können die Kristallisationsbedingungen von amphibolhaltigen Gesteinen bisher nur unzureichend bestimmt werden, was eine entscheidende Einschränkung für die Anwendung von Diffusionschronometrie auf solche Lithologien darstellt. In diesem Projekt werden wir diese Einschränkungen experimentell angehen. Wir werden eine systematische Studie über den Einfluss von Druck, Temperatur, fO2, H2O-Gehalt und Gesamtsystemzusammensetzung auf die Stabilität von Amphibol in mafischen kalk-alkalischen und alkalischen Magmen durchführen. Zu diesem Zweck werden bestehende experimentelle Datensätze mit bekannten Hochtemperatur-Phasenbeziehungen zu niedrigeren Temperaturen erweitert. Entsprechende Phasengleichgewichtsexperimente werden in intern beheizten Autoklaven (IHPV, 100-500 MPa) und Stempelzylinderpressen (500-1000 MPa) durchgeführt. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt wird auf die amphibolbildenden divergierenden peritektischen Reaktion (respektive deren Stöchiometrie) gelegt. Im Rahmen dieses Projekts werden wir neue empirische Modelle zur Vorhersage von Sättigungstemperaturen von Amphibol in Abhängigkeit von der Gesamtsystemzusammensetzung und anderen Kristallisationsparametern kalibrieren. Darüber hinaus werden wir bestehenden amphibolbasierte Thermobarometern testen und Empfehlungen für ihre Anwendung auf natürliche Gesteine auszusprechen. Für einen Teil der durchgeführten Experimente mit genau kontrollierten fO2 Bedingungen werden wir die Eisenspeziierung in Amphibol und koexistierender Restschmelze mittels Synchrotron-Mössbauer-Spektroskopie (SMS) messen, um unser Verständnis der Fe(III)-Verteilung in magmatischen Systemen zu verbessern. Die gewonnenen Daten werden (1) die Formulierung eines Oxybarometers ermöglichen, (2) für einen Test der Genauigkeit der derzeit verwendeten Methoden zur Schätzung des Fe(III)-Gehaltes von Amphibolen verwendet werden können und (3) unser Verständnis zum Einbau von Fe(III) in die Amphibolstruktur verbessern. Letztlich werden die im Rahmen dieses Projekts gewonnenen Daten wichtige Erkenntnisse zum besseren Verständnis, aber auch zur Vorhersage der Stabilität und der Zusammensetzung von Amphibol in magmatischen Gesteinen liefern um bestehenden thermodynamischen Modelle für Amphibol (z.B. rhyolite-MELTS) zu verbessern, was eine wichtige Voraussetzung für zuverlässige amphibolbasierte Diffusionschronometrie darstellt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2881: Diffusions-Chronometrie von magmatischen Systemen
• Internationaler Bezug: Belgien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Olivier Namur