Kohlenstoffmobilität in Subduktionszonen: In-situ-Experimente zum organischen und anorganischen Kohlenstofftransfer unter oxidierenden Bedingungen

• Antragstellerin: Professorin Carmen Sanchez-Valle, Ph.D., seit 9/2024
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450056892

Kohlenstoff stellt ein wesentliches Element für den Ursprung und die Evolution des Lebens dar und trägt maßgeblich zum Wohlergehen und zur Nachhaltigkeit unseres Planeten bei. Das Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs auf globaler Ebene ist daher in den letzten Jahren ein vorrangiges Ziel in den Erdwissenschaften gewesen. Insbesondere wurde der Untersuchung von Prozessen in Subduktionszonen höchste Bedeutung beigemessen, da Subduktionen den Hauptweg für den Eintrag von Kohlenstoff in den Erdmantel darstellen. In diesem Zusammenhang sind kohlenstoffhaltige Phasen in der abtauchenden Platte von zentraler Bedeutung, da unter Subsolidus-Bedingungen der Transfer von Kohlenstoff durch Lösungsprozesse vermittelt wird, die durch wässrige Fluide ausgelöst werden, welche aus der subduzierten Platte freigesetzt werden. Obwohl die Löslichkeit von Carbonaten umfangreich untersucht wurde, wurde der Beitrag reduzierter Kohlenstoffformen, wie Graphit und Kohlenwasserstoffe, erst kürzlich in Betracht gezogen, und ihre Rolle im tiefen Kohlenstoffkreislauf wird in der Literatur noch diskutiert. Während der ersten Förderperiode haben wir die Auflösung von reduzierten Kohlenstoffphasen (d.h. kristallinem Graphit und ungeordnetem Kohlenstoff) in aus der abtauchenden Platte stammenden, silikathaltigen wässrigen Fluiden bis zu 2 GPa und 700 °C untersucht. Wir konnten nachweisen, dass diese Fluide selbst bei moderaten Temperaturen, d.h. 700 °C, Kohlenstoff effektiv transportieren und berichten über die Bildung von nicht mischbaren Kohlenwasserstoffen in Fluidkompositionen, die die Komplexität von Subduktionsfluiden nachahmen. In diesem beantragten Projekt beabsichtigen wir, die Studien zu erweitern, um die Mobilität von Kohlenstoff in Subduktionszonen unter realistischeren Bedingungen für natürliche Systeme zu untersuchen. Wir werden uns insbesondere darauf konzentrieren, den Einfluss von oxidierten Bedingungen auf den Transport von reduziertem Kohlenstoff durch wässrige Fluide unter Sub-Arc-Bedingungen zu bestimmen. Wir planen, die Auflösung sowohl von kristallinem Graphit als auch von ungeordnetem Kohlenstoff zu untersuchen, sowie die Stabilität von Kohlenwasserstoffen in silikathaltigen, oxidierten Fluiden bei 2 bis 3.5 GPa und 400 bis 800 °C, unter Verwendung von in-situ Raman-Spektroskopie in hydrothermalen Diamantanvilzellen zu bestimmen. Die geplanten Experimente sollen klären, ob reduzierter Kohlenstoff durch die Subduktionsmélange transportiert und letztlich den Mantelkeil erreichen kann. Unsere in-situ experimentellen Untersuchungen von kohlenstoffhaltigen wässrigen Systemen im Gleichgewicht mit Silikatmineralien werden es uns ermöglichen, thermodynamische Modelle, die auf dem Deep Earth Water (DEW) Modell basieren, weiter zu kalibrieren, um ein quantitatives Verständnis des Umfangs des Kohlenstoffrecyclings in Subduktionszonen zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dimitri Sverjensky, Ph.D.
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Carla Tiraboschi, bis 9/2024