Das Aufschmelzen von Granat-Peridotit unter reduzierten Bedingungen in Anwesenheit von H2O

• Antragsteller: Professor Dr. Alan Butler Woodland
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566456556

Partielles Aufschmelzen ist ein fundamentaler Mechanismus für Massentransfer und Differentiation in der Erde auf unterschiedlichen Maßstäben. Die Solidustemperatur und Schmelzzusammensetzung sind wichtige Parameter, um diesen Prozess besser verstehen zu können. Dieses experimentelle Projekt wird „Redox-Melting“ von Mantelperidotit unter reduzierten Bedingungen untersuchen. In Gegensatz zu früheren Arbeiten, führt die niedrige ƒO2 dazu, dass die Fluidphase bei subsolidus Bedingungen eine deutlich andere Zusammensetzung hat als unter oxidierten Bedingungen. Dies soll die Solidustemperatur verschieben und die Schmelzzusammensetzung verändern. Darüber hinaus kann der Einfluss von erhöhten H2-Konzentrationen und die mögliche Erscheinung einer Metall-Hydrid-Schmelze auf das Aufschmelzen von Mantelsilikaten untersucht werden. "Redox-Melting" wird bei 4-6 GPa experimentell simuliert mit Hilfe eines Drei-Kapsel-Verfahrens, das vor kurzem in Frankfurt für reduzierte Bedingungen entwickelt wurde. Da die Verfügbarkeit von H2O den "Redox-Melting"-Prozess vorantreibt, wird die Fluidphase eine H2O-H2 Mischung ohne Kohlenstoff sein. Die Proben werden aus natürlichen Mineralen eines fertilen Lherzoliths und eines verarmten Harzburgits zusammengestellt und in Olivin-Kapseln gepackt, zusammen mit kleinen Mengen an H2O (0.5 und 3 Gew. %). Die experimentellen Produkte werden mittels Image-Analyse und chemischen Messungen mit einer Mikrosonde nach Schmelzbildung untersucht. Photo-induced Force-Microscopy (PiFM) wird hierzu ebenfalls eingesetzt. Diese innovative Methode, die an der ANU zur Verfügung steht, erlaubt chemisches Kartieren auf Nanometer-Maßstab, um Korngrenzen besser untersuchen zu können. PiFM liefert Information ähnlich FTIR aber bei einer deutlich höheren Auflösung. Falls die Schmelze abschreckbar ist, kann unter anderem die H2O-Konzentration zumindest abgeschätzt werden. Wenn die Schmelze nicht abschreckbar ist, werden die unterschiedlichen Quenchphasen identifiziert und durch 2-D Kartieren quantifiziert. Die Olivin-Kapsel dient auch als Falle für Fluide, die durch Raman Spektrometrie auf die Mischbarkeit von H2O und H2 während des Experiments untersucht wird. Darüber hinaus wird Raman ebenfalls eingesetzt, um nach H2-Einbau in Olivin und das Auftreten einer metallische Hydrid-Phase zu prüfen. Die quantitative Bestimmung der OH-Konzentration im Olivin-Kapsel wird mittels FTIR in Clermont-Ferrand durchgeführt. Diese Daten, kombiniert mit SIMS Bestimmungen (in Heidelberg) von gesamt H-Gehalt, werden die Quantifizierung von OH und H2 in Olivin unter subsolidus und supersolidus Bedingungen erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Australien, Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Nathalie Bolfan-Casanova; Professor Gregory Yaxley, Ph.D.