Re-Fertilisierung des Erdmantels: Kruste-Mantel-Interaktion in (Ultra-) Hochdruckgebieten

• Antragsteller: Professor Dr. Silvio Ferrero
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438201206

Das Verstehen der chemischen Entwicklung der Lithosphäre in Kollisionenzonen bedeutet den Materialaustausch zwischen Kruste und lithosphärischem Mantel zu verstehen und zu quantifizieren. Der Austausch ist ein komplexer Zweiwegeprozess: Schmelzen und Fluide, die sowohl aus dem lithosphärischen Mantel als auch aus subduzierten Gesteinen freigesetzt werden, dringen in die Kruste ein und verursachen partielle Anatexis, Elementumverteilung und somit eine Differenzierung der Kruste. Gleichzeitig wird Kruste subduziert, der verarmte Mantel dabei chemisch angepasst, und die Bildung von Basaltschmelze gewährleistet. Diese Wechselwirkung kann direkt in lithosphärischen Mantelschuppen in Kollisionsorogenen, untersucht werden. Diese Peridotite zeigen die Heterogenität des Mantels an, was sich im Auftreten von Pyroxenit- und Eklogitkörpern widergespiegelt. Experimentelle Studien belegen, dass die Heterogenität des Mantels wesentlich zur chemischen Variabilität von MORB- und OIB beiträgt. Daher ist das Verständnis der Schmelz-Prozesse, unter Einbeziehung von Pyroxeniten und Eklogiten, der direkteste Weg die Beziehung zwischen Kruste und Mantel in Kollisionszonen und Mantel-bezogenem Magmatismus zu verstehen.Neue Arbeiten zeigen glasige bzw. kristallisierte Schmelzeinschlüsse (MI) in Pyroxeniten aus Peridotiten und Eklogiten in diamanthaltigen Metasedimenten der Böhmischen Masse. Die Einschlüsse in den Pyroxeniten haben granitische Zusammensetzung mit subduktions-bezogener Spurenelementsignatur, während vorläufige Daten zu den Eklogiten granitische Schmelzen, die in Tiefen > 100 km erzeugt wurden, belegen. Grundsätzlich sollten Partialschmelzen des Mantels Basalte und von Eklogiten eine Zusammensetzung der Serie Trondhejmit-Tonalit-Granodiorit (TTG) erzeugen. Daher ist eine Granitschmelze in diesen Gesteinen unerwartet und bisher nicht geklärt. Das Projekt soll dieses Enigma mit einem multidisziplinären Ansatz, der MI-Studien in Pyroxeniten und Eklogiten, experimentelle Petrologie, Modellierung der Phasen-Gleichgewichte und Isotopenstudien einschließt, lösen. Es sollen Schmelzreaktionen sowie die Schmelzen- und Fluidquellen identifiziert und die Parameter, die die Schmelzzusammensetzung beeinflussen, beschrieben werden. Isotopenstudien sollen den Zeitrahmen dieser Prozesse eingrenzen und die chemische Affinität der Schmelze charakterisieren. Chemische Tracer sollen entwickelt werden, die die unterschiedlichen Anteile von Mantel und Kruste zur Schmelzentwicklung, identifizieren und quantifizieren. Zusammenfassend soll das Projekt wichtige Daten zur Geochemie natürlicher MI in Pyroxeniten und Eklogiten mit experimentellen Resultaten und thermodynamischen Berechnungen zusammenführen, um die Entwicklung der Lithosphäre in Kollisionszonen zu klären und ein vollständiges Bild davon zu erstellen, wie Kruste-Mantel-Interaktionsprozesse die Form orogener Wurzeln beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen