Ausgestorbene Zerfallsysteme als Tracer für die Entwicklung des Erdmantels und geodynamischer Prozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Münker
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499297394

Unser Verständnis von Erdmantelprozessen hat sich in den letzten Jahren durch die Entdeckung von 182W und 142Nd Isotopenanomalien in archaischen Gesteinen und rezenten Basalten stark verändert. Diese Isotope sind Zerfallsprodukte der ausgestorbenen Radioisotope 182Hf und 146Sm (Halbwertszeiten von 9 bzw. 103 Ma), was bedeutet, das sich diese Mantelreservoire im Hadeum, also vor mehr als 4 Milliarden Jahren, gebildet haben müssen und im Folgenden durch Mantelkonvektion nicht zerstört wurden. Trotz dieser enormen geodynamischen Implikationen ist der genaue Ursprung der 182W und 142Nd Anomalien noch nicht gut verstanden. Mögliche Erklärungsansätze reichen von einer nicht vollständigen Beimischung der sog. „Late Veneer“, Kern-Mantel Wechselwirkung bis zu früher (>4.5 Ga) Silikatdifferenzierung auf der Erde. Hinzu kommt, dass es bislang fast nur 182W und 142Nd Daten für archaische Gesteine und rezente Basalte gibt, kombinierte 182W-142Nd Datensätze sind zudem kaum vorhanden. In diesem Projekt planen wir daher, kombinierte Hochpräzisionsmessungen von 182W und 142Nd Isotopenverhältnissen an ausgewählten mafischen Gesteinen durchzuführen, die (1) die komplette Altersspanne vom Archaikum bis zu rezenten Basalten abdecken und (2) an ausgewählten Fallbeispielen den Ursprung dieser Isotopenanomalien entschlüsseln können. Solche Hochpräzisionsmessungen sind extrem zeitaufwendig und an der Grenze des analytisch Machbaren. Es ist daher entsprechend geplant, bereits etablierte analytische Verfahren zu verbessern und ein neues Verfahren zur Hochpräzisionsmessung von 142Nd Isotopenverhältnissen an der Multikollektor ICPMS aufzusetzen. Die sorgfältig ausgewählten Probensätze umfassen weitestgehend bereits gut charakterisierte Probensätze aus Vorarbeiten des Antragstellers bzw. aus gerade laufenden Projekten, z.B. aus mehreren Kratonen archaischen bis proterozoischen Alters sowie spätproterozoische bis känozoische Basalte mit einem Schwerpunkt auf OIBs und Flutbasalten. Die 182W und 142Nd Messungen werden durch weitere Daten komplementiert, die Haupt- und Spurenelemente, radiogene Isotope, hochsiderophile Elementen (mafische Gesteine) und Edelgase (OIBs) umfassen. Diese Metadaten werden es verlässlich erlauben, die Einflüsse von Mantellithosphäre, krustaler Kontamination und möglicherweise fehlender Late Veneer Komponente auf das 182W Budget zu entschlüsseln und voneinander zu unterscheiden. Die Ergebnisse werden nicht nur einen einzigartigen Einblick in die Ursprünge von 182W und 142Nd Isotopenanomalien auf der Erde gewähren, sondern tragen auch signifikant dazu bei, Erdmantelprozesse durch die Erdgeschichte besser zu verstehen. Dies beinhaltet insbesondere die Entstehung und dynamische Entwicklung von Reservoiren im unteren Erdmantel, wie z.B. LLSVPs oder ULVZs und der damit verbundenen Entstehung von Mantelplumes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen