Mobilität volatilhaltiger (H2O & CO2) Schmelzen im oberen Erdmantel: vom Karbonatit-Magmatismus bis zur Dynamik kimberlitischer Eruptionen

• Antragstellerin: Professorin Carmen Sanchez-Valle, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406227723

Volatile Phasen (H2O und CO2) spielen eine entscheidende Rolle bei der internen Dynamik und der thermischen Entwicklung im Inneren von Planeten und bestimmen die Bedingungen für die Bewohnbarkeit derer Oberfläche. Die Kreisläufe volatiler Phasen sowie den Austausch dieser Phasen zwischen tiefen und oberflächennahen Reservoiren besser zu verstehen, bleibt daher ein vorrangiges Ziel der Geowissenschaften. Die quantitative Modellierung dieser Prozesse ist jedoch weitgehend durch das Fehlen grundlegender Erkenntnisse über die Mobilität und die Migrationsraten der volatilhaltigen Schmelzen limitiert, die die Hauptträger der volatilen Phasen im Erdinneren sind. Dieses Projekt schließt diese kritische Wissenslücke durch die Kombination von Hochdruck-Dichtemessungen an volatilhaltigen Schmelzen und thermodynamischer Modellierung, um quantitative Einblicke in die tiefen Kreisläufe volatiler Phasen und die damit verbundenen geophysikalischen Prozesse im Inneren des Planeten zu gewinnen. In der ersten Förderperiode haben wir uns auf karbonatreiche Schmelzen konzentriert und die Auswirkungen der Hydratation auf die Dichte/Mobilität von Karbonatschmelzen, die Kompressibilität von gelösten volatilen Phasen in der Schmelze sowie die Zeitskala der Extraktion von Karbonatschmelzen aus subduzierten Lithologien bestimmt. Darüber hinaus haben wir das erste kontinuierliche Dichtemodell für Karbonatschmelzen im System MgO-CaO-Na2O-K2O-Li2O-H2O-CO2 bei Bedingungen kalibriert, die magmatische Prozesse jenseits der Übergangszone des Erdmantels abdecken, d.h. bis zu 30 GPa und 2300 K. Nach einer erfolgreichen ersten Förderperiode wird sich das Erweiterungsprojekt auf intermediäre SiO2 untersättigte kohlenstoffreiche Schmelzen konzentrieren, für die, im Gegensatz zu den volatilhaltigen kieselsäurereichen Schmelzen, die umfassend untersucht wurden, praktisch keine Dichtedaten bei relevanten Mantelbedingungen vorliegen. Daten bezüglich der Dichte von Karbonatit- und Kimberlitschmelzen unter Bedingungen des oberen Erdmantels werden durch eine Kombination von Synchrotron-Röntgenabsorptions-/Radiographie- und Sink-Float-Methoden in großvolumigen Hochdruckapparaturen gewonnen. Die neuen Dichtedaten ermöglichen die Erweiterung des Dichtemodells für Karbonatschmelzen -zu einem globalen Dichtemodell für volatilhaltige Schmelzen im oberen Erdmantel, d.h. im Bereich von Karbonatschmelzen (CO2-reich) bis zu karbonatisierten Basalten (SiO2-reiche Schmelzen). Das neue Modell wird Vorhersagen über die Mobilität von volatilhaltigen Schmelzen und die Modellierung von Migration/Aufstieg/Platznahme dieser Schmelzen im Erdmantel, einschließlich der Dynamik von diamanthaltigen Kimberlitausbrüchen, ermöglichen, sowie deren geophysikalischen Signatur im festen Mantel charakterisieren. Letztendlich werden die Ergebnisse dieses Projekts zu einem neuen Verständnis der Mobilität und des Recyclings volatiler Phasen in der tiefen Erde führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jean-Philippe Perrillat