Entschlüsselung der Krustenbildung in der frühen Erde durch die massenabhängige stabile Ti-Isotopenzusammensetzung archäischer Tonalit-Tondhjemit-Granodiorite (TTGs)

• Antragsteller: Professor Dr. Raúl Fonseca; Privatdozent Dr. Jörg Elis Hoffmann
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459033478

Gesteine der sogenannten Tonalit-Trondhjemit-Granodiorit (TTG) Serie sind natriumreiche Granitoide, die überwiegend im Archaikum vorkommen. Sie sind entscheidend für das Verständnis der Bildung der Kontinentalen Kruste auf der frühen Erde. Ein überwiegender Teil der Studien an TTGs favorisiert eine Bildung durch einen mehrstufigen Prozess, der mit dem Aufschmelzen von hydratisierten mafischen Lithologien beginnt. Kontrovers wird vor allem das geodynamische Setting diskutiert, bei dem das partielle Schmelzen stattfand. Vorgeschlagene hypothetische Modelle beinhalten das Schmelzen von alterierter ozeanischer Kruste oder von Eklogit in einem subduktionsähnlichen Setting, oder aber das partielle Aufschmelzen von mafischer Kruste in ozeanischen Plateaus. Durch 10-25% TTG Schmelzextraktion bleiben dichte Residuen zurück, die als akzessorische Phasen u.a. Ilmenit und Rutil enthalten. Später während der Differentiation der TTG Schmelzen bei Magmenkammerprozessen bilden sich Kumulate. Diese enthalten Ilmenit und Hornblende. Die Beteiligung von Ti-haltigen Mineralen bei magmatischen Prozessen (z.B. beim Schmelzen und später bei der Kristallisation) führt wahrscheinlich zu auflösbaren Ti Isotopenfraktionierungen. Zudem können durch die Delamination der dichten Restite in den Mantel die Mantelquellen von Komatiiten verändert werden, die wiederum potentiell individuelle Ti Isotopensignaturen mit sich bringen. Durch das Messen der Ti Isotopien von paleoarchaischen Komatiiten könnten diese Restite nachverfolgt werden. Zudem soll der Einfluss von fraktionierter Kristallisation auf die Ti Isotope getestet werden. Hierfür planen wir die Analyse von Proben eines archaischen geschichteten Anorthositkomplexes. Durch den Vergleich mit rezenten Gesteinen, die eindeutig Unterschiede zwischen Mantelplume-generierten Basalten und Inselbogenbasalten in den Ti Isotopen während der Differentiation zeigen, könnten Ti Isotopensignaturen genutzt werden um die geodynamischen Bedingungen der TTG Bildung zu untersuchen. Mit diesem Vorhaben wollen wir eine detaillierte analytische und experimentelle Kampagne durchführen, die sich mit den Hauptaspekten der TTG-Petrogenese befasst, angefangen vom partiellen Schmelzen ihrer hydratisierten mafischen Ausgangsgesteine bis hin zur fraktionierten Kristallisation und Differentiation ihrer Stammmagmen. Hierfür sollen die Ti Isotopien von gut charakterisierten TTGs und Anorthositkomplexgesteinen aus SW-Grönland sowie Komatiite aus Südafrika analysiert werden und mit Pistonzylinderexperimenten verglichen werden. Die Datensätze werden anschließend kombiniert und hinsichtlich der Bildungsbedingungen von TTGs ausgewertet. Diese Forschungsvorhaben könnte Ti-Isotope als neues Werkzeug zur Rekonstruktion der frühesten Entstehungsgeschichte der Erdkontinentalkruste etablieren und zu unserem Verständnis der archäischen Geodynamik beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Dänemark, Südafrika
• Kooperationspartner: Professor Dr. Thorsten Nagel; Kristoffer Szillas, Ph.D.; Professor Dr. Allan Wilson