Chemische und physikalische Eigenschaften von magmatischen Sulfiden und Sulfidschmelzen unter Bedingungen des tiefen oberen Erdmantels

• Antragsteller: Dr. Christopher Beyer; Professor Dr. Raúl Fonseca
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451014777

Metallsulfide (Fe-Ni-Cu-S +/- Co und Zn) und Sulfidschmelzen sind häufig vorkommende Einschlüsse in Basalten, Peridotiten, Mantelxenolithen und Diamanten. Durch ihre chemischen Eigenschaften haben sie einen großen Einfluss auf die Verteilung von siderophilen und chalkophilen Elementen. Zusätzlich bilden Sulfide Rohstoffvorkommen von ökonomischer Bedeutung, wie z.B. Platingruppenelemente, Cu, Zn, Ag und Pb. Von besonderem geowissenschaftlichem Interesse ist der Einfluss von Sulfiden auf die Verteilung von "highly siderophile Elements" (HSE) und radioaktiver Zerfallssysteme (z.B. Re-Os), die zur Rekonstruktion der Entstehung der Planeten unseres Sonnensystems benutzt werden. Bisher wurden vor allem Sulfide, welche im Gleichgewicht mit Mantel-Olivin stehen oder ein hohes molares Metall/Schwefel-Verhältnis haben (Entstehung des Erdkerns), experimentell untersucht. Der sich daraus ergebende Sulfidchemismus ist allerdings nicht repräsentativ für die Zusammensetzung von Sulfiden aus Diamanteinschlüssen. In diesem Projekt werden Sulfidzusammensetzungen untersucht, welche Sulfide aus eklogitischen und peridotitischen Paragenesen repräsentieren, das heißt, dass der Gehalt von Fe, Ni, Cu, S und O sich deutlich unterscheidet. In Hochdruck- und Hochtemperatur-Experimenten werden wir die Phasenbeziehungen der daraus entstehenden Sulfide im Gleichgewicht mit wichtigen Hochdrucksilikaten wie Wadsleyit, Ringwoodit Majorit und Stishovit untersuchen, welche in Tiefen von über 200 km bis zur Grenze zwischen oberen und unteren Mantel stabil sind.Sulfidschmelzen haben signifikant andere Eigenschaften als Silikatschmelzen (Viskosität, Dichte und elektrische Leitfähigkeit). Ob sich ein zusammenhängendes Netzwerk von Schmelze entlang von Korngrenzen bildet, hängt von der Grenzflächenenergie zwischen Schmelze und Silikat sowie von Druck, Temperatur und der Verfügbarkeit von Sauerstoff ab. Werden Sulfidschmelzen unter gewissen Bedingungen mobil, hat das Auswirkungen auf den Transport von HSE und Kohlenstoff zwischen unterschiedlichen Mantelreservoiren (z.B. verarmter Mantel und subduzierter ozeanischer Kruste). Es wird vermutet, dass makroskopische Diamanten aus großen Tiefen aus metallsulfidischen Schmelzen wachsen können. Daher wird in diesem Projekt experimentell untersucht wie sich die Löslichkeit von C in Sulfidschmelzen in der Mantelübergangszone ändert. Komplementär zu den Phasenbeziehungen von Sulfiden werden wir die Benetzungseigenschaften, repräsentiert durch den dihedralen Winkel zwischen unterschiedlichen Sulfidschmelzen und Silikaten untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. René Hoffmann; Dr. Niels Jöns