Verständnis der Mobilität von sulfidischen und metallischen Schmelzen in mineralogisch komplexen planetarischen Körpern und ihrer Rolle im Elementkreislauf

• Antragsteller: Dr. Christopher Beyer; Professor Dr. Raúl Fonseca
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544290921

Fe-S-Schmelzen (hier definiert als Fe-Ni-(Cu)-S-Schmelzen mit unterschiedlichen Metall/Schwefel-Verhältnissen, zwischen dem Fe-FeS Eutektikum und Pyrrhotin (Fe1-xS)) sind ein wesentlicher Baustein des Inneren von Planenten. Obwohl das relative Volumen von Fe-S Schmelzen im differenzierten Mantel gering ist (ca. 0,07 Gew.-%), sind sie aufgrund ihrer besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften wie Dichte, Viskosität und elektrischer Leitfähigkeit eine wichtige Komponente, die es zu untersuchen gilt. Während und nach der Kernbildung spielen metallische Schmelzen eine zentrale Rolle bei der chemischen Fraktionierung, der Schichtung und der Sequestrierung von siderophilen und chalcophilen Elementen im differenzierten planetaren Körpern. Da der Prozess der Kernbildung aufgrund von Unterschieden in der Verfügbarkeit von Wärmequellen, Mineralbestand, Mineralgefüge und Schmelzzusammentzung, deutlich variieren kann, ist die Mobilität von metallischen Fe-S- Schmelzen komplex und erfordert weitere Untersuchungen. Wir haben drei Schlüsselaspekte der Migration von Sulfidschmelzen identifiziert, die noch nicht untersucht wurden und die Grundlage für dieses Projekt bilden. 1) Die Migration von sulfidischen Fe-S-Schmelzen durch polymineralische Gefüge. Hier konzentrieren wir uns auf die Auswirkung der Kristallmorphologie und der polymineralischen Grenzflächen auf die Mobilität von metallischen Flüssigkeiten unter Bedingungen, die für den oberen Erdmantel und die Übergangszone relevant sind. 2) Die Hochskalierung von mikroskaligen Beobachtungen der Schmelzmigration in Mantelgesteinen auf geologische Maßstäbe und Modellierung der Folgen für den Kreislauf von siderophilen und leichten Elementen, mit besonderem Schwerpunkt auf der Charakterisierung des metasomatischen Potenzials einer Sulfidschmelze. 3) Die Auswirkungen der Zusammensetzung der sulfidischen Fe-S-Schmelze und der Redoxentwicklung auf die Bildung und Resorption von Diamanten im lithosphärischen und sublithosphärischen Erdmantel. Wir werden den scheinbaren Widerspruch untersuchen, warum S-reiche Sulfide die dominierenden Einschlüsse in Diamanten sind, obwohl diese Schmelzen eine verschwindend geringe Kohlenstofflöslichkeit haben. Wir werden experimentelle Methoden zur Synthese von Sulfidschmelzen in kristallinen Matrizen unter Kontrolle von Druck, Temperatur, Sauerstoff- und Schwefelfugazität. Die Experimente werden mit 2-D- und 3-D-Bildgebungsverfahren untersucht, um die Benetzungseigenschaften und die Netzwerkmorphologie von Fe-S-Schmelzen zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Niederlande
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Katharina Marquardt; Professor Oliver Plümper, Ph.D.