Jenseits der Serpentinisierung: Reaktionspfade der Peridotitverwitterung am Meeresboden und ihr Einfluss auf Magnesium- und Kohlenstoffkreisläufe

• Antragsteller: Dr. Elmar Albers
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 578426775

Hydrothermale Alteration der ozeanischen Lithosphäre gilt als Senke für Magnesium, mit direktem Einfluss auf die Meerwasserchemie und das globale Magnesiumbudget, die wiederum mit dem Karbonat–Silicat-Zyklus und dem langfristigen Kohlenstoffzyklus der Erde verknüpft sind. Die Verwitterung abyssaler Peridotite – also ihre niedriggradige Meerwasseralteration am oder nahe dem Meeresboden – wurde hingegen als bedeutende Magnesiumquelle identifiziert, verursacht durch die Auflösung von Olivin und/oder Brucit. Diese Erdmantelgesteine enthalten zudem häufig Karbonatmineralisationen in verwitterungsbedingten Porenräumen, was darauf hindeutet, dass Verwitterung die geochemischen und hydrogeologischen Bedingungen für Karbonatfällung schafft und Peridotitverwitterung unmittelbar mit dem globalen Kohlenstoffkreislauf gekoppelt ist. Während Serpentinisierung – die Alteration von Mantelgesteinen bei höheren Temperaturen – und ihre geochemischen Flüsse intensiv untersucht wurden, ist die Niedrigtemperaturverwitterung bislang kaum verstanden, obwohl Mantelgesteine einen wesentlichen und hochreaktiven Anteil der ozeanischen Lithosphäre darstellen, der fortlaufend mit Meerwasser interagiert. Verwitterungsprozesse hängen von der Gesteinszusammensetzung ab (bspw. bilden pyroxenreiche Lithologien kein Brucit) sowie von der Alterationsgeschichte (bspw. enthalten vollständig serpentiniserte Gesteine kein Olivin). Ich nehme an, dass unvollständig serpentiniserte Lithologien das meiste Magnesium abgeben können und zugleich die lokale Alkalinität erhöht und somit Karbonatbildung fördert. Ziel dieses Projektes ist es, systematisch die Rolle von Lithologie und Gesamtgesteinszusammensetzung (Lherzolith, Harzburgit, Dunit) sowie des Alterationszustandes (unvollständig gegenüber vollständig serpentinisiert) bei der Verwitterung und begleitender Karbonatfällung zu untersuchen. Dazu werde ich eine einzigartige Sammlung peridotitischer Proben vom ultralangsam-spreizenden Gakkel-Rücken nutzen, die es ermöglicht, (i) den Einfluss von Zusammensetzung und Serpentinisierungsgeschichte auf Verwitterungsprozesse zu analysieren und (ii) Karbonatbildung mit Mikrotexturen, Verwitterungswegen und Reaktionsfortschritt zu verknüpfen. Ich plane die Kombination von gesamtgesteins- und in situ-geochemischer Analysen, Messung physikalischer Eigenschaften und hochauflösender 3D-Digitalbildgebung, um Porositätsbildung und -entwicklung während der Peridotitverwitterung zu verstehen. Diese Methoden erlauben es ablaufende Reaktionen auf unterschiedlichen Skalen, vom Handstück bis zur (Sub-)Mikrometerauflösung, zu erfassen und Verwitterungsprozesse quantitativ bestimmen. Dieses Forschungsprojekt wird geochemische Rückkopplungen zwischen Mineralauflösung und Karbonatbildung unter Niedrigtemperaturbedingungen aufzeigen und neue Einblicke liefern, wie Meerwasser–Mantelgestein-Reaktionen die globalen Magnesium- und Kohlenstoffkreisläufe beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen