Zeitskalen des Magmentransfers in Intraplatten-Vulkansystemen aus der Diffusionsmodellierung von Lithium Isotopen in Zirkon und Olivin

• Antragsteller: Shuangqing Li, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498606898

Ein tiefgehendes Verständnis des dynamischen Magmentransfers innerhalb der Kruste und der damit einhergehenden Magmenaufstiegsraten ist für die Entwicklung robuster Methoden der Vulkanüberwachung sowie für die realistische Einschätzung vulkanischer Naturgefahren unerlässlich. Dynamische magmatische Systeme befinden sich oft in einem Stadium chemischen Ungleichgewichts, wobei die Anwendung der Diffusionsgesetze auf Feststoffe und Schmelzen es erlaubt, grundlegende magmatische Prozesse zeitlich zu quantifizieren. Um die Vorgänge in magmatischen Förderkanälen und Aufstiegsraten von der Magmenquelle bis hin zur Oberfläche zu charakterisieren, soll in diesem Antrag die Diffusion von Li als hochmobiles Spurenelement in Zirkon und Olivin aus denselben Vulkanvorkommen untersucht werden. Die verlässliche Quantifizierung dieser Prozesse setzt eine grundlegende Kenntnis der Verteilung und Kinetik von Li in beiden Mineralen voraus. Eigene Vorarbeiten an Li in Zirkon mit Mantelursprung belegen, dass die Modellierung der Li Diffusion in Zirkon besonders geeignet ist, um Zeitdauern des Magmentransfers zu bestimmen. Die hierbei erwarteten Ergebnisse sollen weiterhin durch Diffusionsmodellierung Li in Olivin überprüft werden, eine Methode, die bereits erfolgreich in der Untersuchung schnell ablaufender magmatischer Prozesse angewendet wurde. Zuerst soll die Verteilung von Li und dessen isotopischer Zusammensetzung in Zirkon aus Krustenxenolithen sowie in Olivin aus den basaltischen Wirtsgesteinen bestimmt werden, um daraus Diffusionszeitskalen in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur abzuleiten. Diese Daten können Magmenaufstiegsraten unter der Annahme liefern, dass die Herkunftstiefe der Xenolithe bekannt ist. Zeitskalen der Gitterausheilung in Zirkon, die durch ramanspektroskopische Messungen bestimmt werden sollen, sowie die berechneten Absinkgeschwindigkeiten von Xenolithen im Magma erlauben es, die Ergebnisse der Li-Diffusionsmodellierung von Zirkon und Olivin weiter zu überprüfen. Die zu untersuchenden Proben krustaler Xenolithe und ihrer Wirtsbasalte entstammen drei Intraplatten-Vulkanfeldern mit unterschiedlichem krustalen Aufbau, dem Zentralmassiv (Frankreich), Kula (Türkei) und Hannuoba (China). Deren Untersuchung wird das Verständnis der Diffusion von Li in Zirkon und Olivin unter natürlichen Bedingungen weiter vertiefen. Die Zeitmessung aus der Li-Diffusionsmodellierung in Zirkon bildet gemeinsam mit ramanspektroskopischen Zeitskalen für die Gitterausheilung in Zirkon eine neue Methode, um die Zeitdauern des Magmentransfers und -aufstiegs über die gesamte Kruste zu ermitteln. Damit kann die Untersuchung der Li Isotopie als ein neuartiges Chronometer und petrologischer Herkunftsindikator für magmatische Hochtemperaturprozesse weiterentwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China, Großbritannien
• Kooperationspartner: Xiaoyan Gu, Ph.D.; Daniel Joseph Morgan, Ph.D.