Krustenxenolithe aus Vulkanen der Eifel: Einblicke in den Aufbau kontinentaler Kruste und den Ablauf des quartären Vulkanismus

• Antragsteller: Professor Dr. Mario Trieloff, seit 1/2023
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450662246

Die Eifel zählt weltweit zu den am besten untersuchten kontinentalen Intraplatten-Vulkanfeldern. Prozesse des Magmenaufstiegs aus dem oberen Mantel durch die kontinentale Kruste bis zur Oberfläche sind jedoch für diese Systeme bislang nur unzureichend verstanden. Ebenso vage bleiben Wiederholungsraten vulkanischer Ausbrüche über die quartäre Aktivitätsphase der Eifel. Xenolithische Gesteinsbruchstücke der kontinentalen Kruste werden oft von aufsteigenden mafischen Magmen mitgerissen; diese Krustenxenolithe erlauben besondere Einblicke in die verborgenen Krustenstrukturen vulkanisch aktiver Gebiete. Dabei offenbart die Untersuchung von Krustenxenolithen die chemische und mineralogische Zusammensetzung der Kruste, sowie ihr Bildungsalter und ihre langfristige thermische und strukturelle Entwicklung. Krustenxenolithe werden im Kontakt mit mafischen Wirtsmagmen vor und während der Eruption aufgeheizt. Diffusion und das Zurücksetzen radioaktiver Zerfallssysteme ermöglicht es, auch eruptionsnahe Prozesse zu datieren. Krustenxenolithe aus Maaren und Schlackekegeln der quartären West- und Osteifel Vulkanfelder umfassen ein weites Spektrum sedimentärer und metamorpher Gesteine, aus denen sich ein detailliertes Krustenprofil für das Grund- und Deckgebirge des Rheinischen Schiefergebirges ableiten lässt. Dabei sind Gneisse und Granulite aus der variszischen Mittel- und Unterkruste von besonderer Bedeutung, da diese regional nicht aufgeschlossen sind. Ziel dieses Projekts ist es, durch die Untersuchung von Zirkon und anderer akzessorischer Minerale (1) die magmatischen und metamorphen Bildungsalter krustaler Gesteine sowie deren Herkunft und metamorphe Vorgeschichte zu ermitteln sowie (2) Eruptionsalter und Prozesse der pyrometamorphen Überprägung zu quantifizieren. Dabei liefert die U-Pb Datierung von Zirkon robuste Kristallisationsalter, während die Bedingungen der Zirkonkristallisation durch Spurenelement- und Isotopenbestimmungen rekonstruiert werden können. Eruptionsalter sollen dagegen durch (U-Th)/He Messungen an Zirkon datiert werden. Darüber hinaus soll die relative Zeitdauer der Aufheizung kurz vor und während der Eruption durch Diffusionsmodellierung von Li in Zirkon quantifiziert werden, wobei diese Zeitskalen auch für die Interpretation der (U-Th)/He Alter relevant sind. Die hier vorgeschlagenen Untersuchungen erlauben es, die tiefe Krustenstruktur des Rheinischen Schiefergebirges in einmaliger Weise zu entschlüsseln, sowie die quartäre vulkanische Entwicklung der Eifel zu rekonstruieren, um daraus verbesserte Risikoabschätzungen für dieses potentiell aktive Vulkangebiet zu erhalten. Die Kombination radiometrischer und diffusionsbasierter Alter für Zirkon stellt eine wichtige methodische Weiterentwicklung der (U-Th)/He Datierung von Xenolithen dar, die vielfältige Anwendungen in der Altersbestimmung basischer Eruptionen hat.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Axel Karl Schmitt, Ph.D., bis 12/2022