Boninite des Izu-Bonin-Marianen Inselbogens: ein natürliches Labor um die Entstehung und Entwicklung von Magmen während einer beginnenden Subduktion zu untersuchen

• Antragsteller: Renat Almeev, Ph.D.; Professor Roman Botcharnikov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Geologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467393606

IODP Expedition 352 wurde im Jahr 2014 entlang des Izu-Bonin-Mariana Inselbogens durchgeführt. Die gewonnenen Proben bieten eine einmalige Gelegenheit, die magmatischen Prozesse während einsetzender Subduktion und die anschließende Entwicklung zu einem Inselbogen nachzuvollziehen. Während der Expedition wurden sowohl fore-arc Basalte (FABs) als auch Boninite gesammelt. Der geochemische Übergang zwischen beiden Gesteinsarten wird durch Änderungen der Schmelzbedingungen im Mantel interpretiert: Schmelzprozesse durch Druckentlastung für FABs sowie Schmelzprozesse bedingt durch Fluide für Boninite. Mit zunehmendem Beitrag von Subduktionskomponenten ist eine zeitliche Entwicklung zu beobachten: SiO2-arme Boninite (LSB) in frühen Stadien der Subduktion und SiO2-reiche Boninite (HSB) in späteren Stadien. Im Fokus dieser Studie steht die Bildung und die geochemische Entwicklung von boninitischen Magmen und deren Differenzierungsbedingungen, im Zuge der Veränderung der Mantelschmelzbedingungen (Dekompression vs. Fluidinduzierung) während der Initiierung einer Subduktionszone. Die Untersuchung von Boniniten wird benutzt, um die Entwicklung der Schmelzreaktionen im Mantel und der Bedingungen in Magma-Reservoiren nachzuvollziehen (insb. Druck, Temperatur, Sauerstoff-Fugazitäten, Konzentration von Wasser in Schmelzen). Diese Entwicklung ist anhand der Untersuchung von den unterschiedlichen Boninit-Typen der IODP Proben (LSB bis HSB) möglich. Petrologische und geochemische Untersuchungen von Mineralen und Gläsern werden durchgeführt (Haupt- und Spurenelementkonzentrationen), um Informationen über magmatische Prozesse zu gewinnen. Beispielsweise wird die Zusammensetzung der Minerale (insb. Olivin) benutzt, um Temperatur und fO2 in Magma-Reservoiren mit Hilfe von neu kalibrierten Geothermometern und Oxybarometern zu bestimmen. Die Interpretation der analytischen Ergebnisse wird mit Hilfe von experimentellen Daten ergänzt: Schmelzexperimente an refraktären Harzburgiten sollen die Druck/Temperatur-Bedingungen eingrenzen, bei denen LSB und HSB primäre Schmelzen entstehen können. Kristallisationsexperimente werden mit unterschiedlichen LSB- und HSB-Zusammensetzungen durchgeführt. Die Zusammensetzungen der Minerale und Gläser in den IODP Proben (insb. Olivin, Klinopyroxen, Orthopyroxen) wird mit den experimentell synthetisierten Phasen verglichen, um die Bedingungen (Druck, Temperatur und Wasseraktivität) in Magma-Reservoiren während der Differenzierung zu bestimmen. Experimente mit Druckentlastung werden durchgeführt, um den Einfluss von Druck auf die Stabilitätsfelder von Klinopyroxen und Orthopyroxen zu untersuchen. Die Ergebnisse werden grundlegende quantitative Informationen (P,T, Fugazitäten von Volatilen) liefern, um die Reorganisation der Lithosphäre während des Beginns einer Subduktion zu modellieren.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 527: Bereich Infrastruktur - "International Ocean Discovery Program" (IODP)
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Francois Holtz; Professor Dr. Jürgen Koepke