Die Bedeutung von ultra-verarmten Bereichen im Erdmantel, ermittelt anhand von Hf-Nd-Os Isotopenanalysen an globalen abyssalen Peridotiten

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Stracke, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508386553

Isotopenanalysen von submarinen Mantelgesteinen, abyssalen Peridotiten, haben gezeigt, dass die Zusammensetzung des Erdmantels substantiell von früheren Schätzungen abweichen könnte. Wenn ultra-verarmter Mantel, wie er aufgrund der Hf-Os Isotopenanalysen von abyssalen Peridotiten identifiziert wurde, ein allgegenwärtiger Bestandteil des Erdmantels ist, muss dieser durch kontinuierliche Schmelzextraktion weit verarmter an inkompatiblen Elementen sein als bisher angenommen. Der Grad der Verarmung an inkompatiblen Elementen des Erdmantels ist proportional zum zeitlich gemittelten ausgehenden Stofffluss, welcher wiederum proportional zur Produktionsrate der ozeanischen Kruste und der Durchflussrate des Erdmantels durch Schmelzregionen im oberen Mantel ist. Eine stärkere Verarmung des Erdmantels impliziert deshalb eine höhere Konvektionsrate des Erdmantels, welche der Antriebsmotor für die Differenzierung der silikatischen Erde ist und einen erhöhten Stoffaustausch zwischen Erdmantel und Erdkruste bedingt. Die Verarmung an inkompatiblen Elementen des Erdmantels spiegelt so die stoffliche und dynamische Entwicklung der Erde insgesamt wider. Bisher erschwert die spärliche Datengrundlage jedoch die Beurteilung wie weit verbreitet ultra-verarmte Bereiche im Erdmantel sind. Es liegen lediglich 21 Hf Isotopenanalysen von abyssalen Peridotiten vor, gegenüber >1000 solcher Analysen an Basalten von Mittelozeanischen Rücken. Deshalb wird beantragt weitere Hf-Nd, sowie Os Isotopenanalysen an abyssalen Peridotiten von verschiedenen Lokalitäten durchzuführen, welchen den grössten Teil der globalen Variation an Spreizungsraten und Art und Weise der ozeanischen Krustenbildung an Mittelozeanischen Rücken abdecken. Die neuen Daten werden zeigen wie häufig ultra-verarmter Mantel vorkommt. Durch sorgfältige petrographische Untersuchung und Bestimmung der Haupt-und Spurenelementgehalte sollen die am besten geeigneten Proben für die Isotopenanalysen ausgewählt werden. Dadurch wird sich auch zeigen welche Proben am wenigsten von Reaktionen mit durchfliessenden oder zurückbleibenden Schmelzen verändert wurden. Die Hf-Os Isotopendaten werden zudem eine Eingrenzung des minimalen Zeitpunkts der letzten Verarmung durch Schmelzextraktion erlauben. Die Verteilung von den ermittelten minimalen Verarmungsaltern ist proportional zur Masse des Erdmantels der durch Schmelzextraktion in einem gegebenen Zeitintervall verarmt wurde. Letztere ist wiederum proportional zur Durchflussrate des Erdmantels durch Schmelzregionen im oberen Mantel und der globalen Rate der Differenzierung der silikatischen Erde. Darüber hinaus werden die neuen Hf-Nd-Os Isotopendaten an abyssalen Peridotiten eine dringend benötigte Grundlage für die Interpretation der Isotopensystematik von ophiolitischen Peridotiten bieten, und so dazu beitragen die Prozesse und den zeitlichen Ablauf der Bildung der subkontinentalen Lithosphäre besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen