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Projekt
Wasser im subozeanischen Mantel: Infrarot-Spektroskopie an Orthopyroxen aus abyssalen Peridotiten des Atlantiks und des Pazifiks
Antragstellerin
Professorin Dr. Esther Schmädicke
Fachliche Zuordnung
Paläontologie
Förderung
Förderung von 2014 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260734520
Spuren von Wasser in nominell wasserfreien Mineralen beeinflussen die physikalischen Eigenschaften und die Dynamik des Erdmantels entscheidend. Orthopyroxen fungiert als bedeutender Wasserspeicher im Mantel. Er enthält signifikant mehr Wasser als Olivin und kann dieses bei der Exhumierung auch besser zu konservieren. Damit ist Orthopyroxen ein geeigneter Indikator für Mantel-Wasser. Frühere Untersuchungen an Orthopyroxen beschränkten sich auf subkontinentale Peridotite. Erste Daten für den subozeanischen Mantel sind Ergebnis eigener, DFG-finanzierter Untersuchungen. Daraus resultierende aktuelle Publikationen liefern erstmals direkte Daten über Wasser in ozeanischen Peridotiten. Unsere Studie (i) belegt, dass Wasser in subozeanischen nominell wasserfreien Mineralen tatsächlich vorhanden ist, (ii) liefert Informationen über Wassergehalte und deren Variation im Mantel, (iii) zeigt, dass dekompressionsbedingter Wasserverlust nicht relevant ist, und (iv) bestätigt, dass partielle Serpentinisierung keinen Einfluss auf strukturelles Wassers in Orthopyroxen hat. Die neuen Daten sind insofern überraschend als sie kontrastierende Wassergehalte im subatlantischen Mantel belegen. Die Konzentrationen reichen von Werten, die typisch für Wassersättigung sind (ODP-Leg 153) bis zu Werten, die eine Größenordnung geringer sind (Leg 209). Proben des ostpazifischen Rückens (unveröffentlichte Daten aus laufendem Projekt) nehmen eine Zwischenstellung ein. Das eigene Pilotprojekt erbrachte überraschende Ergebnisse, die weitreichende Konsequenzen haben (i) für die Verteilung von Wasser im Mantel und (ii) für Prozesse, die in die Exhumierung von Mantelgesteinen an mittelozeanischen Rücken involviert sind. Dennoch sind die Ergebnisse derzeit schwer interpretierbar, da der Datensatz noch sehr begrenzt ist. Gegenwärtig scheint die Exhumierungsrate bzw. die Mantelverweildauer nach Schmelzextraktion die wichtigste Variable zu sein. Das Hauptziel des geplanten Projektes ist es, diese Hypothese zu testen und die Parameter zu identifizieren, die die Wassergehalte im subozeanischen Mantel steuern. Dafür sollen ozeanische Peridotite von verschiedenen ODP-Lokationen untersucht werden, wobei die Proben so auszuwählen sind, dass sie eine große Variabilität in der Spreizungsrate, dem Schmelzgrad, der Temperatur, dem Druck und der Zusammensetzung repräsentieren. Das geplante Projekt wird wichtige Informationen über den Gehalt und die Verteilung von Wasser im Mantel liefern und, was noch wichtiger ist, Hinweise auf dynamische Prozesse im Mantel unterhalb von Spreizungszonen beisteuern. Um ein allgemeines Modell zu entwickeln und die Arbeitshypothese zu testen, ist es zwingend notwendig, Peridotite von weiteren Lokationen an langsam und schnell spreizenden Rücken zu untersuchen. Das Forschungsvorhaben soll eine fundamentale Wissenslücke schließen und helfen, die dynamischen Prozesse unterhalb von Spreizungszonen besser zu verstehen, die die Exhumierung von Mantelgesteinen begünstigen.
DFG-Verfahren
Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Österreich
