Petrochronologie von detritischem Rutil als Schlüssel zur erdgeschichtlichen Entwicklung von Metamorphose im globalen Maßstab

• Antragsteller: Dr. Jan Schoenig
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509465124

Für das Verständnis der Langzeitentwicklung von thermischen, dynamischen und chemischen Regimen im Laufe der Erdgeschichte ist die Rekonstruktion metamorpher Bedingungen von zentraler Bedeutung. Diesbezüglich stellt insbesondere das unvollständig erhaltene geologische Archiv eine scheinbar unüberwindbare Hürde dar. Interpretationen auf globalem Maßstab über einem frühen oder späten Beginn der Plattentektonik, über einen kontinuierlichen oder abrupten Wechsel des vorausgehenden Regimes und über die Langzeit-Entwicklung von warmen zu kalten thermischen Bedingungen basieren auf der Extrapolation lokaler Beobachtungen. Im Gegensatz dazu können detritische Minerale den globalen Maßstab deutlich besser abbilden, da große Datensätze aus einem weiten Spektrum an Liefergesteinen effizient erhoben werden können. Dies schließt auch erhaltene Sedimentgesteine mit Herkunft aus bereits erodierten Gebirgen mit ein. Allerdings existiert bisher keine detritische Methode, die es ermöglicht Informationen über Alter und Druck–Temperatur-Bedingungen (P–T) zuverlässig zu kombinieren. Eine auf Vorarbeiten basierende Anwendung von innovativen statistischen Methoden auf ein kompiliertes Literatur-Datenset zeigt, dass die multivariate Betrachtung von Rutil-Spurenelementen hohes Potenzial aufweist, um diese Lücke zu schließen. Das beantragte Projekt ist unterteilt in zwei Phasen. Phase 1 gilt der Datenerhebung von Spurenelementen-Konzentrationen von charakterisierten Gesteinsproben und deren Zusammenführung mit Literaturdaten. Dies beinhaltet 17 Spurenelement-Konzentrationen von Rutilen aus metamorphen, metasomatischen, magmatischen und Mantelgesteinen. Für erstere werden zusätzlich Konzentrationen von 8 weiteren Elementen erhoben. Die metamorphen Gesteine umfassen felsische und mafische Zusammensetzungen sowie eine weite Spanne an P–T Bedingungen. Mittels multivariatem Diskriminierungsmodell werden (i) metamorpher metasomatischer, magmatischer und Mantel und Mantelgesteins-Rutil separiert, und (ii) T/P Gradienten von metamorphem Rutil abschätzt. Phase 2 gilt der Anwendung von U–Pb Datierung in Kombination mit dem entwickelten Diskriminierungsmodells auf ~10.000 detritische Rutile von 33 Flusssedimentproben mit großen Einzugsgebieten in S-Afrika, S-Amerika, NE-Kanada, Indien und W-Australien. Die Flüsse sammeln Material von archaischen und proterozoischen Einheiten, sowie wiederaufgearbeitete Sedimentgesteine als Relikte von erodierten Gesteinen, die über den metamorphen Festgesteinsrekord nicht zugänglich sind. Rutile von Proben, die eine niedrig T/P-Quelle implizieren, werden außerdem auf ihr Einschluss-Inventar untersucht, um chemische Indikatoren durch mineralogische Belege zu untermauern. Ein erfolgreiches Projekt wird neue Einblicke in die Entwicklung metamorpher Gradienten durch die Zeit liefern und die zentrale Hypothese, dass sich „die heutigen niedrigen T/P Gradienten bereits im Paleoproterozoikum global etablierten“, unterstützen oder widerlegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Hilmar von Eynatten; Professor Dr. Horst Marschall; Privatdozent Dr. Raimon Tolosana-Delgado
• Kooperationspartner: Professor Dr. Thomas Zack