Diffusions-Chronometrie von magmatischen Systemen, TP2 Diffusion in wichtigen Mineralphasen: Teil 2: Plagioklas

Das Hauptziel dieses Projekts ist die Bestimmung von Diffusionskoeffizienten für den gekoppelten Austausch von Na+ und Si4+ gegen Ca2+ und Al3+ (NaSi-CaAl Interdiffusion) in Plagioklasfeldspat und dessen Kopplung mit Spurenelementdiffusionsraten. Sowohl die NaSi-CaAl Interdiffusion als auch die Spurenelementdiffusion haben ein hohes Potenzial für die Verwendung als Diffusionschronometer, wenn gute experimentelle Kalibrierungen vorliegen. Derzeit verfügbare Daten weisen aufgrund verschiedener experimenteller und analytischer Mängel eine hohe Unsicherheit auf. Unser neuer Ansatz ist eine Modifikation des klassischen Diffusionspaares. Ein dünner Film aus amorphen Plagioklas, dotiert mit 0.1 Gew% von verschiedenen Spurenelementen (K, Li, Mg, Fe, Sr, Ba), wird auf der polierten Oberfläche eines orientierten Plagioklas-Einkristalls mittels des PLD-Verfahrens abgeschieden. Dieser Film kristallisiert zu Beginn des Diffusionsglühens. Durch Kontaktierung von Plagioklasen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen soll der Einfluss des Anorthitgehaltes auf die Kationendiffusion untersucht werden, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf hohe An-Gehalte gelegt wird. Die meisten Experimente werden in intern beheizten Gasdruckapparaturen (IHPV) durchgeführt, die Druckvariationen zwischen 10 und 700 MPa ermöglichen. Zum Vergleich werden einige Versuche in einem Gasmischofen bei Umgebungsdruck durchgeführt. Die Temperatur wird durch die Stabilität des Plagioklas begrenzt, d. h. durch mögliche Schmelzreaktionen. Neben der Temperatur, dem Druck und der Zusammensetzung der Plagioklase sind die Wasserfugazität (fH2O) und die Sauerstofffugazität (fO2) Parameter, die die Diffusion in Plagioklas beeinflussen können und daher in den Experimenten systematisch variiert werden sollen. Die Sauerstofffugazität wird in Hochdruckversuchen gesteuert durch Verwendung von Argon/ Wasserstoff-Gemischen als Druckmedium. Um die Wasserfugazität einzustellen und zu variieren, sollen wasseruntersättigte, hochpolymerisierte Silikatschmelzen eingesetzt werden. Dadurch wird die Bildung einer Fluidphase vermieden, die zur Alteration der Plagioklase führen könnte. Nach dem Diffusionsglühen werden Konzentrationsprofile von der Dünnschichtseite aus mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie (TOF-SIMS), Laserablation kombiniert mit Massenspektrometrie, Focussed-Ion-BeamTechniken (FIB-SEM) sowie der Elektronenmikrosonde aufgenommen. Diffusionskoeffizienten werden durch Anpassen der Profile an Diffusionsgleichungen ermittelt. Die Quantifizierung der Diffusionsraten als Funktion der Zusammensetzung in Abhängigkeit von P, T, fO2 und fH2O ist eine Voraussetzung für die Entwicklung eines quantitativen Punktdefektmodells, das eine zuverlässige Extrapolation der Diffusionsgesetze außerhalb des experimentell zugänglichen Parameterraums ermöglichen wird. Die neu gewonnenen Daten werden für Modellierungen in anderen Projekten der Forschergruppe verwendet.