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Experimentelle Untersuchungen zur Tiefenbestimmung von rhyolitischen Magmakammern in der “Snake River Plain” Provinz, USA

Leitung:Prof. Dr. Holtz, Dr. Almeev
Bearbeitung:Sören Wilke
Laufzeit:3 Jahre (2013-2016)
Förderung durch:DFG

   Rhyolitische Proben, die bei der „Yellowstone Hotspot“ ICDP Bohrung gewonnen wurden, sind bestens geeignet um Reaktionen der kontinentalen Kruste auf ein „hotspot“-Ereignis zu untersuchen (z.B. Temperaturänderung, Schmelzprozesse in der Kruste, etc.). Die Temperaturverteilung und die Tiefe von Magmareservoiren in der kontinentalen Kruste können durch die Untersuchung von Rhyolithen und die Bestimmung von prä-eruptiven Bedingungen (insb. Druck und Temperatur) in Magmakammern untersucht werden. Eine generelle Abnahme der prä-eruptiven Temperatur entlang der Spur des Hotspots über die letzten 16 Mio. Jahren wurde z.B. mit Hilfe von Geothermometrie an rhyolitischen Proben festgestellt. Es gibt jedoch nur sehr ungenaue Methoden, um die Tiefe (oder den Druck) der SiO2-reichen rhyolitischen Magmakammern festzulegen, da die vorhandenen Minerale für Barometrie nicht geeignet sind.

   Als Alternative zu den klassischen Mineral-Paar Geotermobarometern kann die Eigenschaft von rhyolitischen Schmelzen als kotektische Zusammensetzungen genutzt werden. Aus Untersuchungen in synthetischen rhyolitischen Systemen ist bekannt, dass der SiO2-Gehalt in rhyolitischen Schmelzen, die mit Quarz und Feldspat koexistieren (kotektische Zusammensetzungen), vom Druck abhängig ist. Der SiO2-Gehalt in kotektischen Schmelzen nimmt mit zunehmenden Druck, unabhängig vom Wassergehalt der Schmelze, ab und ist ein hervorragendes potentielles Barometer um den Druck im Bereich von ~ 1000 bis 50 MPa zu bestimmen. Die Zusammensetzung von kotektischen Schmelzen in komplexen Fe- und Ca-haltigen rhyolitischen Systemen ist jedoch nicht bekannt und muss experimentell kalibriert werden, damit das Barometer quantitativ eingesetzt werden kann. Diese experimentelle Kalibrierung soll für die SiO2-reichen rhyolitischen Systemen der Snake River Plain Provinz, die bis zu 2 Gew% CaO und 4 Gew% FeO enthalten können, durchgeführt werden. Die experimentellen Daten sollen eingesetzt werden, um Druckbedingungen aus den Zusammensetzungen natürlicher Gläser, die mit Quarz und Feldspat im Gleichgewicht stehen, abzuleiten. Die Anwendung der experimentellen Daten auf natürlichen Proben der ICDP Bohrung und der Snake River Plain Provinz wird in Zusammenarbeit mit Kollegen aus den USA stattfinden und wird ermöglichen, die Entwicklung der Tiefe rhyolitischer Magmen mit der Zeit nachzuvollziehen. Weiterhin können mögliche Zusammenhänge zwischen der Tiefe von Magmakammern, dem Volumen der Eruptionen (bis zu 100 km3), der prä-eruptive Temperatur und dem Wassergehalt der Schmelzen ausgearbeitet werden.
   Die experimentelle Ergebnisse sind weiterhin von allgemeiner Bedeutung für die Interpretation von weiteren natürlichen Beispielen (Rhyolithe, A-Typ Granite).

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