Die Hf Isotopie von Zirkonen als neuer Tracer für Krustendifferentiationsprozesse und Provenanzstudien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Durch hohe U/Pb Verhältnisse sind Zirkone sehr gut für eine präzise Altersdatierung mithilfe des U-Pb Isotopensystems geeignet. Aufgmnd des extrem niedrigen Lu/Hf Verhältnisses in Zirkonen wird das 176Hf/177Hf Verhältnis in Zirkonen durch radioaktiven Zerfall von Lu kaum verändert. Zirkone frieren deswegen bei ihrer Kristallisation die Hf Isotopie ihres Muttergesteins ein. Durch kombinierte U-Pb und Lu-Hf Messungen kann für jeden Zirkon ein Wachstumsalter sowie die Hf-Isotopie des Muttergesteines bestimmt werden. Aus diesen kombinierten Daten lassen sich wiederum Rückschlüsse auf mögliche Liefergebiete detritischer Zirkone ableiten. In unserem Projekt wurde eine nasschemische Methode entwickelt, mit der kombinierte U-Pb und Lu-Hf Messungen an Einzelzirkonkörnern möglich sind. Mit der Methodik wurden zunächst einige gängige Standardzirkone wie 91500 oder GJ-1 charakterisiert. Zum Zwecke der Provenanzanalyse wurde die neu entwickelte Technik an detritischen Zirkonen aus altpaläozoischen Sedimenten Neuseelands sowie an detritischen Zirkonen aus jungpaläoxoischen Sedimenten Patagoniens angewandt. Für die neuseeländischen Zirkone konnten australisch-antarktische Liefergebiete bestätigt werde. Die Isotopien der Zirkone deuten u.a. auch auf westaustralische Liefergebiete und weite Transportwege hin. Die Isotopien von detritischen Zirkone aus Patagonien lassen sich durch Liefergebiete in Südamerika und Südafrika erklären, die Sedimente sind autochthon am südamerikanischen Kontinentalrand Gondwanas abgelagert worden. Neben Provenanzanalysen erlaubt die Hf-Isotopie von Zirkonen wichtige Aussagen über Krustenwachstumsprozesse, insbesondere in der Frühgeschichte der Erde, aus der nur noch wenige Gesteine erhalten sind. Unsere Untersuchungen konzentrierten sich auf meist detritische Zirkone aus den Mt. Narryer und Jack Hills Gebieten in Westaustralien sowie auf granitische Zirkone vom Gawler Kraton, S-Australien. Die meisten der untersuchten westaustralischen Zirkone liegen auf einem Krustenwachstumstrend, der auf die Entstehung einer größeren Krustendomäne zwischen 3.8 und 3.9 Ga hinweist. Kombinierte U-Pb und Lu-Hf Messungen an einigen hadaischen (> 4.0 Ga alten) Zirkonkörnern konnten Modelle bestätigen, nach denen die erste kontinentale Kruste bereits ab ca. 4.4 Ga entstand. Die Lu-Hf Modellalter von frühproterozoischen Zirkonen des Gawler Kratons liegen zwischen 3.2 und 3.5 Ga und stimmen somit mit U-Pb Zirkonaltern der ältesten Gesteine des Gawler Kratons überein. Unsere Untersuchungen bestätigen somit, dass diese australische Krustenprovinz bereits um ca. 3.5 Ga entstanden ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2003): Combined U-Pb ages and Hf isotope compositions in single detrital zircons: new constraints in provenance studies. European Journal of Mineralogy 15, Beihefte: 90
Jacobsen, Y.J., Münker, C., Mezger, K.
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(2003): Conventional versus novel provenance techniques - example from the Paleozoic Patagonia. European Journal of Mineralogy 15, Beihefte: 9
Augustsson, C., Bahlburg, H., Münker, C.
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(2003): Coupled U-Pb ages and Hf isotope compositions of single detrital zircons: a new provenance tool applied to sediments from the SW South American Gondwana margin. GSA Abstracts with Programs 35:6
Augustsson, C., Münker, C., Fanning, M., Bahlburg, H. & Jacobson, Y.
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(2003): Detrital zircons as a key to sediment sources: Coupled U-Pb ages and Hf isotope compositions from Late Paleozoic metasediments in the southern Patagonian Andes. Terra Nostra 2 / 2003: 10-11
Augustsson, C., Bahlburg, H., Fanning, M., Münker, C.
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(2003): Detrital zircons as a key to sediment sources: coupled U-Pb ages and Hf isotope compositions of zircons from Paleozoic sediments of the SW margin of Gondwana. Geophysical Research Abstracts 5: 00302
Augustsson, C., Bahlburg, H., Fanning, M., Münker C.
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(2003): Hf isotope compositions in detrital zircons as a new tool for provenance studies. Geophysical Research Abstracts 5: 10282
Jacobsen, Y. J., Münker, C., Mezger, K.
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(2003): Hf isotopes of single detrital zircons: the key to the source rocks - an example from the SW South American gondwana margin. European Journal of Mineralogy 15, Beihefte: 10
Augustsson, C., Münker, C., Fanning, M., Bahlburg, H., Jacobsen, Y.
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(2003): Sediment sources for the Late Palaeozoic SW South American Gondwana margin: insights from U-Pb ages and Hf isotope compositions of single detrital zircons. Terrane Processes at the Pacific margin of Gondwana (TAPMOG), Cambridge, Programme and Abstracts: 22
Augustsson, C., Fanning, M., Münker, C., Bahlburg, H. & Jacobsen, Y.
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(2003): Sources, age estimates and depositional setting of Late Paleozoic sediments in southwestern Patagonia. Terra Nostra 2 / 2003: 10
Augustsson, C., Bahlburg, H., Fanning, M., Herve, F., Lacassie, J. P., Münker, C.
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(2004): Combined U-Pb ages and Hf isotope compositions of detrital zircons of the Cambrian Junction Formation, New Zealand: new possibilities in provenance studies. Geological Society of Australia Abstracts 73: 273
Jacobsen, Y., Münker, C., Mezger, K.
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(2005): Separation of U, Pb, Lu, and Hf from single zircons for combined U-Pb dating and Hf isotope measurements by TIMS and MC-ICPMS. Chemical Geology 220: 105-120
Nebel-Jacobsen, Y., Scherer, E.E., Münker, C , Mezger, K.
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(2005): The provenance of Early Paleozoic sediments of New Zealand: a U-Pb and Lu-Hf story from detrital zircons. European Journal of Mineralogy 17, Beihefte: 96
Nebel-Jacobsen, Y., Münker, C., Mezger, K.
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(2006): Provenance of late Palaeozoic metasediments of the SW South American Gondwana margin: a combined U-Pb and Hf-isotope study of single detrital zircons. Journal of the Geological Society 163: 983-995
Augustsson, C., Münker, C., Bahlburg, H., Fanning, C.M.
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(2007): Initial Hf isotope compositions in magmatic zircon from early Proterozoic rocks from the Gawler Craton, Australia: A test for zircon model ages. Chemical Geology 241 (1-2): 23-37
Nebel, O., Nebel-Jacobsen, Y., Mezger, K., Berndt, J.
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(2007): Tracing Earth's first crust with Hf isotopes in zircons from the Narryer Gneiss Complex, Australia. Geochimica et Cosmochimica Acta 71 (15): A708-A708 Suppl.
Nebel-Jacobsen Y., Münker C., Mezger K., Nebel, O., Gerdes, A., Nelson, D.
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(2008): Hafnium isotope characterization of the GJ-1 zircon reference material by solution and laser-ablation MC-ICPMS. Chemical Geology 255 (1-2): 231-235
Morel, M. L. A., Nebel, O., Nebel-Jacobsen, Y. J., Miller, J. S., Vroon, P. Z.
