Archaische Gesteine als Isotopenarchiv für geodynamische Prozesse im Hadeum

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Münker
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276756537

Im Hadeum liefen einige wichtige geologische Prozesse ab, die das heutige Gesicht der Erde entscheidend geprägt haben. Hierzu zählen das Wachstum der Erde durch Kollision von Asteroiden, die Bildung der ersten Protokruste und die Zufuhr von volatilen Elementen. Nichtsdestotrotz ist es noch weitgehend ungeklärt, welches geodynamisches Regime im Hadeum auf der Erde genau herrschte und wie sich das geochemische Inventar der Erde in diesem entscheidenden Erdzeitalter entwickelte. Ein wichtiger Grund hierfür ist, dass quasi kein Gesteinsmaterial aus dem Hadeum erhalten ist. Im beantragten Projekt soll das dynamische Regime im Hadeum daher mit einem indirekten Ansatz untersucht werden, der Isotopenzusammensetzung von archaischen Gesteinen. Im SPP 1833 liefert das geplante Projekt somit Beiträge zu zwei wichtigen Schlüsselthemen: zur Entschlüsselung des Baumaterials der Erde und ihrer frühen Differenzierungsgeschichte.Der Einfluss von Kernbildung und späterer Zufuhr von meteoritischem Material soll durch Hochpräzisions-Isotopenmessungen der moderat siderophilen Elemente W und Mo untersucht werden. Beide Elemente wurden bei der Kernbildung stark im Erdmantel verarmt, aber durch spätere Zufuhr von meteoritischem Material wahrscheinlich wieder zugeführt und durch Konvektion in den Erdmantel eingemischt. Die Isotopenzusammensetzung von Mo ist in verschiedenen Meteoritengruppen stark unterschiedlich, und die heutige Zusammensetzung der Erde stellt hierbei interessanterweise ein Endglied dar. Das Element W hat zwei radiogene Isotope (182 und 180), die zum Teil durch Hf bzw. Os Zerfall gebildet wurden. Die Messung beider radiogener W Isotope erlaubt es daher, neue Informationen zum relativen Zeitpunkt der Kernbildung und der späten Zufuhr von meteoritischem Material zu erhalten. Unsere Gruppe ist eine der wenigen Gruppen weltweit, die ausreichend präzise W Isotopenmessungen durchführen können.Die frühe Geschichte des Krusten-Mantel Systems auf der Erde soll durch U-Th-Pb und Rb-Sr Messungen an pristinen archaischen Mineralen untersucht werden. Das Ziel dieser Untersuchungen ist es, ausreichend robuste initiale Isotopenzusammensetzungen für radiogene Sr und Pb Isotope zu bestimmen. Von den beteiligten Elementen haben sich Rb und Pb bei der Bildung der Erde volatil verhalten, während U-Th-Sr alle refraktär sind. Durch die Bestimmung von initialen Sr-Pb Isotopenverhältnissen in archaischen Gesteinen kann die zeitliche Geschichte der Volatilzufuhr zur Erde somit besser eingegrenzt werden. Solche Daten liegen bislang kaum vor, weil sich Rb-Sr und U-Pb bei metamorphen Prozessen sehr mobil verhalten und eine verlässliche Alterskorrektur somit unmöglich war. Durch Messungen an frischen archaischen Mineralen, wie z.B. Pyroxen, Apatit oder Baryt kann dieses Problem jedoch umgangen werden. Aus früheren Projekten und durch Zusammenarbeit mit anderen Gruppen steht uns für diese Vorhaben eine fast einzigartige Sammlung von archaischen Gesteinsproben zur Verfügung.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1833: Building a Habitable Earth