Die Etablierung von Apatit als Redox-Sensor in der subduzierenden Platte

• Antragsteller: Professor Dr. Horst Marschall
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464606040

In Subduktionszonen dringt alterierte, oxidierte Ozeankruste in den Erdmantel ein, dessen Oxidation wahrscheinlich zu örtlichen und zeitlichen Variationen in seiner Struktur und seiner Konvektion führt. Die Sauerstofffugazität des Mantels (ƒO2) entwickelt sich allem Anschein nach in Folge der Zugabe redoxsensitiver Elemente. Schwefel ist in der ozeanischen Kruste reichlich vorhanden und kann den Mantel bis zu QFM+2 oxidieren. Dieses Niveau stimmt mit dem fO2 von QFM bis QFM+2 überein, das in Subduktionsmagmen und -mantelxenolithen beobachtet wurde. Es gibt jedoch wenig Konsens über die Redox-Eigenschaften von Fluiden aus der Platte. Neuere Studien schlagen Fluide vor, die entweder von reduzierten (H2S, HS-) oder oxidierten (SO42-, HSO4-, HSO3-) S-Spezies dominiert werden. Untersuchungen an metamorphen Hochdruck(HP)-Gesteinen sind erforderlich, um die Speziation von S in Fluiden aus der Platte zu rekonstruieren. Apatit ist eine häufige akzessorische Phase in HP-Gesteinen und kann S6+, S4+, S2- und S- enthalten. Daher bietet Apatit eine einzigartige Möglichkeit, die S-Speziation während der Fluid-Gesteins-Interaktion bei der HP-Metamorphose zu verfolgen. In dieser Studie werden wir die in-situ-Analyse von Apatit S6+/ΣS mit in-situ-Messungen von Fe3+/ΣFe in Silikatmineralen kombinieren. Daraus werden wir entschlüsseln wie sich das S-Fe-Redoxpaar während der progressiven Metasomatose entwickelt. Hierfür werden sulfidhaltige Gesteine aus den exhumierten HP-Bereichen der griechischen Insel Syros beprobt. Blöcke in der Mélange auf Syros zeigen verschiedene metasomatische Reaktionszonen zwischen ihren eklogitischen Kernen, die noch prograde bis peak-metamorphe Bedingungen archiviert haben, und der Serpentinit-Mélange-Matrix. Diese Reaktionszonen können Aufschluss über die Redox-Charakteristika der Fluide geben, die während der Exhumierung entlang der Platte-Mantel-Grenze durch die Mélange-Matrix geströmt sind. Vorläufige µ-XANES-Analysen von Apatitkörnern zeigen S6+/ΣS = 0,80 in den äußersten Chloritschiefer-Reaktionszonen, während Apatitkörner aus inneren Granat-Pyroxen-Chlorit-Reaktionszonen S6+/ΣS = 0,54 aufweisen. Diese Daten sind konsistent mit der fortschreitenden Oxidation von Eklogitblöcken von außen nach innen durch S-haltige Fluide aus der Platte. Vorläufige Beobachtungen von gemeinsam ausgefällten Sulfiden und Fe3+-reichen Mineralen in den Reaktionszonen lassen auf S-reduzierende Fe-oxidierende Reaktionen während der Metasomatose schließen. Unsere vorläufigen Daten zeigen, dass es durch die Verknüpfung des S- und Fe-Redox-Budgets in HP-Gesteinen möglich sein wird, die Redox-Eigenschaften von Fluiden aus der subduzierten Platte zu rekonstruieren. Die zu erwartenden Daten eignen sich dazu festzustellen, ob S aus der Platte in der Lage ist, die fO2 von Subduktionsmagmen und Mantelkeil zu erhöhen. Daher wird dieses Projekt einen bedeutenden Fortschritt bei der Verknüpfung von Redox-Prozessen an der Erdoberfläche und im Erdmantel darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen