Experimentelle Untersuchung gekoppelter Redox-Gleichgewichte in einer Peridotit-Metasediment-Eklogit-Mélange: Implikationen für die Diamantbildung im Erdmantel

• Antragsteller: Professor Dr. Alan Butler Woodland
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445062436

Diamanten werden im Erdmantel via Redox-Reaktionen zwischen kohlenstoffjaltigen Komponenten und der Silikatmatrix gebildet. Das geschieht ganz offensichtlich, wenn eine karbonatitische Schmelze metallführenden Peridotit durchströmtt. Die Präsenz einer metallhaltigen phase ist jedoch keine Notwendigkeit. Darüber hinaus existieren Redoxreaktionen auch in Fe-freien Systemen. Die bekannteste Reaktion für Peridotit ist der EMOG oder EMOD Puffer (mit Graphite oder Diamant):Mg2SiO4 (olivine) + C (diamond) + O2 = MgSiO3 (pyroxene) + MgCO3 (magnesite) (1)Die maximale ƒO2 dieses Sauerstoffpuffers ist niedriger als analoge Reaktionen in Eklogiten und Sedimenten wie z.B. CaMgSi2O6 (pyroxene) + 2C (diamond) + 2O2 = CaMg(CO3)2 (dolomite) + 2SiO2 (2)Karbonatführende Eklogit- oder sedimentäre Lithologien werden von benachbartem Peridotit ausschließlich durch den Austausch von Sauerstoff reduziert. Solch unterschiedliche Lithologien sind in Mélangezonen oberhalb subduzierter Platten zu erwarten. Die Experimente werden im einfachen System CaO-MgO-Al2O3-SiO2-C-O2 durchgeführt. Reiner Forsterit wird als Endglied der Karbonatisierungsrekation für Peridotiti benutzt und geeignete Mischungen von CaCO3, MgCO3, SiO2, and Al2O3 als Startmaterial für sedimentäre und eclogitische Zusammensetzungen. Die verschiedenen Startmaterialien werden physisch mit einer Graphitscheibe getrennt, so dass nur der Austausch von Sauerstoff möglich ist. Die Experimente werden im Diamant-Stabilitätsfeld in einer Multianvil-Apparatur bei 10 GPa und Temperaturen zwische 1300 und 1500°C durchgeführt. Die Ergebnisse werden mögliche Mechanismen zur Diamantbildung im oberen Erdmantel präzisieren. Sie sollten auch eine Erklärung für das anscheinende Paradoxon liefern, dass Einschlüsse in Diamanten überwiedend peridotitisch sind, während diamanthaltige Eklogite sehr viel häufiger sind als Peridotite. Karbonatführende Metasedimente oder Metabasalte können in einer Mélangezone zu diamanthaltigen, karbonatfreien Eklogiten umbewandelt während die benachbarte diamantführenden Peridotite karbonatisiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Gerhard Peter Brey, Ph.D.