Verteilung von Phosphor zwischen Mineralen von Erdmantelgesteinen (PDF)

Diplomarbeit aus dem Jahr 2010 im Fachbereich Geowissenschaften / Geographie - Geologie, Mineralogie, Bodenkunde, Note: 1,0, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg (Institut für Geowissenschaften), Sprache: Deutsch, Abstract: KURZFASSUNG

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden sieben Proben von Erdmantelgesteinen untersucht: sechs Spinell-Peridotit-Xenolithe aus Saudi-Arabien und ein orogener Granat-Peridotit aus den Schweizer Alpen. Nach den thermobarometrischen Berechnungen äquilibrierten diese Gesteine zwischen ca. 800 und 1250 °C sowie zwischen 1.0 und 6.0 GPa.
Die chemische Zusammensetzung (Si, Al, Ti, Cr, Fe, Mn, Mg, Ni, Ca, Na, K) der Mineralphasen aller Proben wurde ortsaufgelöst mit der Elektronenstrahl-Mikrosonde ermittelt. Danach erfolgte eine ebenfalls ortsaufgelöste Bestimmung der Phosphor-Konzentration entlang von ausgewählten Profilen mit einem Sekundärionen-Massenspektrometer. In äquilibrierten Proben dienten die Phosphor-Konzentrationsprofile dazu, Aussagen über die Fraktionierung von Phosphor zwischen koexistierenden Erdmantel-Mineralen zu machen. Andererseits gibt es offensichtlich Erdmantelgesteine, bei denen die Minerale eine Phosphor-Zonierung aufweisen, was eine fehlende Äquili-brierung bedeutet. Diese kann durch P-T-Änderungen und/oder durch eine Mantel-Metasomatose bedingt sein. Phosphor diffundiert in den verschiedenen Mineralen unterschiedlich schnell.
Aus Mineralbereichen mit Phosphor-Äquilibrierung wurden Phosphor-Verteilungskoeffizienten ermittelt und mit Literaturdaten verglichen. Abhängigkeiten der Phosphor-Verteilungskoeffizienten von Druck und Temperatur wurden mit Hilfe von Ausgleichsrechnungen überprüft. Es zeigte sich, dass die Phosphor-Verteilung zwischen Olivin, Orthopyroxen und Clinopyroxen unabhängig von der Phosphor-Menge im System und damit als Geothermobarometer grundsätzlich geeignet ist. Phosphor-Verteilungskoeffizienten (DP) geben das Konzentrationsverhältnis von Phosphor zwischen jeweils zwei Mineralphasen an. Sie sind in erster Linie eine Funktion der Temperatur, was in folgenden Formeln zum Ausdruck gebracht wird (T in [K]):

DP(Ol/Opx) = 0.1534 * e ^ (3918 / T)
DP(Ol/Cpx) = 0.8262 * e ^ (759 / T)
DP(Cpx/Opx) = 0.0767 * e ^ (4342 / T)

Umgeformt und nach T aufgelöst ergeben sich daraus Geothermometer-Gleichungen. Zur Unterscheidung dieser Geothermometer ist T jeweils mit einem Index versehen, an dem abgelesen werden kann, welches Element (in diesem Fall P für Phosphor) und welche Minerale zur Berechnung der Temperatur verwendet werden. Die Gleichungen zur Berechung der Temperatur in [K] lauten:

T(P_Ol/Opx) = 3918 / (1.87 + ln DP(Ol/Opx))
T(P_Ol/Cpx) = 759 / (0.19 + ln DP(Ol/Cpx))
T(P_Cpx/Opx) = 4342 / (2.57 + ln DP(Cpx/Opx))