Mantelmetasomatose durch Graphit-gesättigte COH-Fluide: Eine experimentelle Studie zur Bildung gelöster Substanzen unter Hochdruckbedingungen in Subduktionszonen

• Antragstellerin: Dr. Carla Tiraboschi
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450056892

COH-Fluide spielen eine entscheidende Rolle bei verschiedenen geologischen Prozessen in Subduktionszonen. Wässrige Fluide, die aus der subduzierenden Platte freigesetzt werden, infiltrieren den darüber liegenden Mantelkeil und lösen so partielles Schmelzen und Inselbogenvulkanismus aus. Traditionell wird Graphit als refraktäre Kohlenstoffsenke in subduzierenden Platten angesehen. Nichtsdestotrotz legen jüngste experimentelle Studien nahe, dass die Gegenwart von Graphit die Eigenschaften der COH-Fluide verändert und zu einer erhöhten Massentransportkapazität für Haupt- und Spurenelemente durch Komplexierung mit anorganischen und organischen Kohlenstoff-haltigen Liganden führt. Ein quantitatives Verständnis der Mantelmetasomatose durch Graphit-gesättigte COH-Fluide fehlt jedoch noch, da die Kohlenstoffspezies und die der gelösten Substanzen in den Fluiden und damit ihre Transportmechanismen noch nicht identifiziert wurden.In diesem Antrag konzentrieren wir uns auf die Identifizierung der gelösten Stoffe und volatilen Spezies in Graphit-gesättigten COH-Fluiden, die mit Silikaten im Gleichgewicht stehen. Dafür werden hydrothermale Diamantstempelzellen gekoppelt mit Raman-Spektroskopie verwendet. Darüber hinaus unterstützen Molekulardynamische Simulationen die Charakterisierung der gelösten Spezies und ermöglichen so die korrekte Zuordnung der Schwingungsfrequenzen zur Hauptspezies im Fluid. Wir werden COH-Fluide im Gleichgewicht mit Graphit und anderen für Subduktionszonen relevanten Mineralen, wie Forsterit und Quarz, synthetisieren, die repräsentativ für die Mantel- bzw. die Sedimentkomponente sind. Die Experimente werden bei Drücken zwischen 1 und 3 GPa und Temperaturen zwischen 400 und 900 ° C durchgeführt, um die Zusammensetzung der COH-Fluide zu bestimmen, die bei Subsolidus-Bedingungen in den Mantelkeil freigesetzt werden. Die neuen Ergebnisse bezüglich der Speziierung werden zusammen mit verfügbaren Daten zur Minerallöslichkeit in einem thermodynamischen Open-Access-Modell für Fluid-Gestein-Wechselwirkungen in Subduktionszonen nach dem Formalismus des Deep Earth Water-Modells implementiert.Dieser Forschungsantrag wird neue quantitative Modelle für Metasomatose im Mantelkeil durch mit gelösten Substanzen angereicherte COH-Fluide liefern. Die gewonnenen experimentellen Daten werden einen bedeutenden Fortschritt bei der Untersuchung von tiefem Kohlenstoff darstellen und die Rolle von organischen/anorganischen Kohlenstoffkomplexen beim Transport von gelösten Stoffen unter Hochdruckbedingungen klären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Dimitri Sverjensky, Ph.D.