Transport und Reaktionen von leichten Elementen (Li, B) in pegmatischen System bei thermischem Ungleichgewicht – Implikationen für magmatisch/hydrothermale Lagerstätten

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Behrens; Professor Stefan Weyer, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441202888

Lithium und Bor sind wichtige geochemische Marker für hydrothermale und magmatische Differenzierungsprozesse. Zusätzlich zur Verteilung dieser Elemente in Gesteinen kann die Isotopenfraktionierung ein nützliches Instrument sein, um Einblicke in die Wechselwirkung zwischen Fluiden und Gesteinen, mögliche Quellen für Fluide und die Entwicklung von Magmen zu erhalten. Aufgrund der relativ großen Massendifferenz der häufigsten Isotope von Li und B (7Li / 6Li; 11B / 10B) können große Fraktionierungseffekte auftreten, die durch die Gleichgewichtsverteilung zwischen koexistierenden Phasen oder durch kinetische (Nichtgleichgewichts-) Prozesse verursacht werden. Während das Wissen über die Gleichgewichtsverteilung von Li- und B-Isotopen zwischen koexistierenden Phasen in den letzten Jahrzehnten erhebliche Fortschritte gemacht hat, ist kaum etwas über das Verhalten dieser Elemente unter Ungleichgewichtsbedingungen bekannt.Im vorliegenden Projekt wollen wir den Transport und die Reaktionen leichter Elemente in pegmatitischen Systemen unter kontrollierten Bedingungen untersuchen. Der Hauptfokus wird auf Lithium und seinen Isotopen liegen, da dieses Element sehr mobil ist. Eine weitere Motivation ist die Bedeutung von Li-reichen Pegmatiten als mögliche Lithiumquellen. Bor wird zum Vergleich untersucht. Die Diffusion von B in Schmelzen ist typischerweise um Größenordnungen langsamer als die von Li, aber in Fluiden kann B auch sehr schnell transportiert werden. Hauptziel ist die experimentelle Untersuchung der Wechselwirkung von Fluiden mit Schmelzen und Mineralen in einem Temperaturgradienten. Etwa 10 cm lange Goldkapseln werden in einem Autoklaven in einen Dreizonenofen eingesetzt. Von oben betrachtet besteht der Aufbau aus einer wasserhaltigen pegmatitischen Schmelze (die Li und B enthält), Quarzpulver mit eingebetteten, vorgebrochenen Quarzkristallen (um die Fluide in Einschlüssen einzufangen) und einer Senke für Li und B (Muskovit oder eine Li, B freie Pegmatitschmelze). Bei Drücken von 1 - 2 kbar werden Temperaturunterschiede von 0 - 100 K über die Probe bei einer Maximaltemperatur von 600 - 800 ° C eingestellt. Fluide bestehen entweder aus reinem H2O oder H2O mit 5 - 10 Gew% NaCl. UV-fs-Laserablation gekoppelt mit Massenspektrometrie wird zur In-situ-Messung von Elementkonzentrationen und Isotopenverhältnissen im Glas (abgeschreckte Schmelze), im Muskovit und in Flüssigkeitseinschlüssen verwendet.Die Messungen ermöglichen es, das Verteilungsverhalten von Li und B und ihren Isotopen zwischen Schmelze und Flüssigkeit sowie die Isotopenfraktionierung während der Diffusion in Schmelze und Flüssigkeit zu bestimmen. Durch Variation von Versuchsdauer, Fluidzusammensetzung, Druck, Maximaltemperatur und T-Gradient soll die Bedeutung der einzelnen Schritte für den Gesamtprozess herausgearbeitet werden. Die Anwendung der Ergebnisse für Pegmatite und Kontaktaureolen wird in Zusammenarbeit mit anderen Forschern für ausgewählte Lokalitäten getestet.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2238: Dynamik der Erzmetallanreicherung - DOME