Endogene Geodynamik

• Reinstraumlabor
  Probenaufbereitung für Spurenanalytik
• Massenspektrometrie
  Isotopen- und Spurenanalytik
• XRD/XRF – Labore
  Mineralogie und chemische Analyse

Projekte

• Magmatische und hydrothermale Voraussetzungen für porphyrisch-epithermale Mineralisation in kontinentalen Vulkanbögen, Thrakien, NE Griechenland

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. September 2020 - 31. August 2023
  Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  Abstract

  Die Versorgung von kritischen und energie-kritischen Elementen für die Energiewende wird zu einer immer größeren Herausforderung. Viele dieser Metalle und Halbmetalle werden hauptsächlich als Nebenprodukt gewonnen und sind somit stark von den Hauptabbauprodukten abhängig. Der beträchtliche Einfluss dieser Elemente auf den Energie- und Wirtschaftssektor der Europäischen Union macht sie strategisch bedeutend. Daher muss die Abhängigkeit von Ländern wie China reduziert werden um die Rohstoffversorgung zu sichern, da politische Spannungen den Import beeinträchtigen können, was zu Versorgungsengpässen führen kann. Folglich muss der europäische Kontinent auf Anreicherungen wirtschaftlich wichtiger Elemente neu untersucht werden.

  Thrakien in NE Griechenland stellt ein Beispiel für solch eine Zone mit hohen Gehalten an Metallen und Halbmetallen (z. B. Cu, Ga, Ge, Se, Mo, Sb, Te, Re, Au and Bi) dar. Die Lagerstätten treten in unterschiedlicher Krustentiefe auf, von porphyrischen Systemen in der direkten Umgebung einer Magmenkammer zu epithermaler Mineralisation bis zur Oberfläche. Regionale Unterschiede in der Mineralogie der Lagerstätten wurden beschrieben, die erzbildenden Prozesse der porphyrisch-epithermalen Systeme sind aber insbesondere im Hinblick auf die Spurenelementchemie schlecht verstanden. Die magmatischen und hydrothermalen Voraussetzungen, die zur Bildung eines solchen mineralisierten Vulkanbogens führen sind umstritten, aber essentiell um neue Anreicherungen von Spurenmetallen in der kontinentalen Kruste zu identifizieren. 

  Die Metall- und Halbmetallzusammensetzung von plutonischen und vulkanisch/sub-vulkanischen Gesteinen wird neue Ergebnisse zu den magmatischen Prozessen in der tieferen Kruste und während des Magmenaufstiegs liefern; Bereiche wo es zur Bildung porphyrisch-epithermaler Systeme kommen kann. Dies ermöglicht es Prozesse der Magmenentgasung und Sulfidsättigung sowie Segregation, als Vorkonzentrat in der mittleren bis unteren Kruste, als einen grundlegenden Prozess für die Mineralisation in kontinentalen Vulkanbögen zu identifizieren. Pyrit oder Magnetit treten in allen wichtigen metallführenden Adern im flacheren Hydrothermalsystem auf. Hochauflösende Spurenelementanalytik an diesen Mineralen wird einen 3D-Einblick in die erzbildenden Prozesse geben, d.h. vertikal und lateral in der Kruste. Die (in situ) S Isotopie von hydrothermalem Pyrit wird zu einem besseren Verständnis der Interaktion des magmatischen und hydrothermalen Systems führen. Die kombinierte Untersuchung von magmatischen und hydrothermalen Prozessen macht diesen Antrag einzigartig und wird neue grundlegende Informationen über die Quelle, Fraktionierung und Ausfällung von S, Metallen und Halbmetallen liefern, wodurch die magmatischen und hydrothermalen Voraussetzungen für die Anreicherung von kritischen und energie-kritischen Elementen in einem mineralisierten kontinentalen Vulkansegment in Europa definiert werden können.

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• Bildung und Entwicklung von Flutbasaltmagmen aus der Verbindung von geochemischen Untersuchungen mit der magnetischen Stratigraphie der Deccan Large Igneous Province

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. März 2020 - 28. Februar 2022
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
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• Die magmatische Entwicklung eines Inselbogens am Beispiel der Neuen Hebriden

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Februar 2020 - 31. Januar 2022
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
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• Tellur in natürlichen und synthetischen Pyrit: Erzbildung und wirtschaftliche Bedeutung

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 15. Januar 2020 - 15. Januar 2023
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  Abstract

  Tellur (Te) wurde von der Europäische Union als strategisches Element für den schnell wachsenden Sektor der erneuerbaren Energien definiert. Die Gewinnung von Te ist stark abhängig von anderen Metallen, insbesondere von Cu wo es als Nebenprodukt gewonnen wird, wodurch es kaum möglich ist die Te-Produktion unter aktuellen Verfahren zu erhöhen. Aufgrund der steigenden Nachfrage ist somit in naher Zukunft mit einer Te-Knappheit zu rechnen. 

  Tellur kann in hydrothermalem Pyrit mit bis zu 8.000 ppm angereichert sein und tritt typischerweise zusammen mit anderen Spurenelementen, wie As und Au (bis zu 4,8 Gew. % und 11.000 ppm) auf. Pyrit bildet sich bei verschiedensten Fluidbedingungen, wie niedrigen und hohen Temperaturen, sowie unterschiedlichenfO2und pH-Zuständen. Die Spurenelementchemie von Pyrit kann somit genutzt werden um wichtige erzbildende Prozesse von Te zu definieren, die bis heute kaum bekannt sind. Aufgrund der weiten Verbreitung von Pyrit und seiner Fähigkeit Spurenmetalle anzureichern könnte die steigende Te-Nachfrage somit durch die Aufbereitung von Mineralen wie Pyrit gesichert werden. Über das Verhalten von Te während der Erzaufbereitung weiß man bisher nur wenig, wird Te allerdings nicht gewonnen, sondern liegt auf Halden vor ist es von ökotoxikologischer Relevanz. 

  Diese Wissenslücken sollen im Rahmen des Projekts geschlossen werden. Hierfür werden epithermale und Carlin-Typ Lagerstätten untersucht; zwei Systeme die sich in ihrer Mineralisation unterscheiden und Te in wirtschaftlich relevanten Konzentrationen führen. Modernste Methoden werden verwendet um Te in Pyrit strukturell und chemisch bis hin zur Mikro- und Nanoebene zu charakterisieren. Dies ermöglicht es eine fundierte Methode zu entwickeln um zu unterscheiden ob Te im Kristallgitter oder als Einschluss in Pyrit vorkommt. Phasenquantifizierung kombiniert mit Mineral- und Gesamterzchemie ermöglichen es quantitativ zu zeigen, dass Pyrit einer der Hauptträger von Te in diesen Lagerstätten ist. Mittels Spurenelementkartierung lassen sich intrakristalline Variationen von Te (d.h. Zonierungen) in Pyrit quantitativ abbilden, womit die Bildungsprozesse der Te-Mineralisation abgeleitet werden können. Diese Ergebnisse können genutzt werden um ein neues mikroanalytisches Explorationsmittel für Te zu entwickeln. Hydrothermale Experimente unter kontrollierten Laborbedingungen erlauben es den Einfluss von Fluidparametern (z. B. Temperatur, pH, fO2) auf die Verteilung und den Einbau von Te in Pyrit zu bestimmen. Die Zusammensetzung von Pyrit, synthetisiert aus einem Fluid mit bekanntem Te-Gehalt, ermöglicht es die ersten Nernst-Verteilungskoeffizienten (KD) für Te im Pyrit-Fluid-System zu berechnen. Die Kombination von natürlichen und synthetischen Systemen machen es somit zum ersten Mal möglich eine quantitative Aussage über die Ausfällungsprozesse und den Einbau von Te in Pyrit zu treffen; ein allgegenwärtiges Mineral, dass ein Element von steigendem wirtschaftlichen Interesse führt.

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• Basalte und vulkanische Gläser

  (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

  Titel des Gesamtprojektes: SO273 - MARION: ROV-Beprobung und Kartieren des Marion Rise am Südwest-Indischen-Rücken (SWIR)
  Laufzeit: 1. November 2019 - 30. April 2022
  Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
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• Durchführung von petrologischen und isotopengeochemischen Untersuchungen an basaltischen Gesteinen des zentralen und südostindischen Rückens, BGR-Lizenzgebiet (INDEX2019)

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 13. August 2019 - 30. September 2020
  Mittelgeber: andere Förderorganisation
  Abstract

  Vulkanische Gesteine, die im Rahmen der INDEX 2019 Ausfahrt unter der Leitung der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe gewonnen werden, sollen in dem Projekt am GeoZentrum Nordbayern (GZN) geochemisch analysiert werden. Die Daten werden von Wissenschaftlern des GZN interpretiert und die vulkanischen Prozesse im Zusammenhang mit den hydrothermalen Austritten am Zentralindischen Rücken und am SE Indischen Rücken bestimmt.

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• Vulkanischer Aufbau, Meerwasserzirkulation, Gesteins Bioalteration und Schwammvergesellschaftungen am Vesteris Seamount, Grönlandbecken

  (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

  Titel des Gesamtprojektes: Vulkanischer Aufbau, Meerwasserzirkulation, Gesteins Bioalteration und Schwammvergesellschaftungen am Vesteris Seamount, Grönlandbecken
  Laufzeit: 1. August 2019 - 1. Oktober 2019
  Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  Abstract

  Beantragt wird Schiffszeit mit FS Maria S. Merian, um detaillierte ROV-basierte geologische und biologische Untersuchungen des Vesteris Seeberges durchzuführen. Dabei bilden die präzise Vermessung des Vulkans mit modernen Fächerecholoten sowie die umfangreiche Beprobung der Gesteine einen Schwerpunkt. Anhand der Gesteinsproben wird duch geochemische und radiometrische Arbeiten eine petrologisch/vulkanologische Entwicklung des Vulkans vorgenommen. Durch Vermessung und Beprobung der Wassersäule sollen hydrothermale Einträge ermittelt werden. Einen weiteren Schwerpunkt stellen biologische Arbeiten dar, bei denen die Besiedlung der Gesteine durch Pilze erfasst, die Pilzvergesellschaftungen charakterisiert und deren Wechselspiel mit Reaktionen zwischen Wasser und Gestein beschrieben werden sollen. Außerdem wird die artenreiche und dichte Besiedlung des Seeberges durch Schwämme erfasst und molekular-ökologische Untersuchungen der Holobionten vorgenommen. Ein prominenter Seeberg südlich des Hauptarbeitsgebiets sowie mehrere vulkanische Zentren nordöstlich davon sollen erstmals kartiert und beprobt werden, um deren Alter und Genese zu klären und damit einen wesentlichen Beitrag zur Klärung der magmatisch- tektonischen Entwicklung des nördlichsten Atlantiks zu leisten.
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• Der Ursprung von Variationen des vulkanischen Produktion entlang von Pazifischen Hotspotspuren: Plume-Lithosphären-Interaktion oder pulsierende Plumes?

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Juni 2019 - 31. Mai 2021
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  Abstract

  The volcanic flux at the Hawaiian hotspot generally increased over the last 30-80 Ma, with second-order variations over 10~15 Ma. This significant increase remains unexplained by classic plume theory, which predicts that a plume-head stage with massive volcanic activity is followed by a plume-tail stage with ever decreasing activity. In particular, 25-30 Ma ago there was a sharp increase in the Hawaiian volcanic flux by a factor ~4 that appears to be associated with an increase in Pacific plate motion from ~60 km/Ma to ~100 km/Ma.At about the same time there was a surge across the South Pacific of young low-volume hotspot tracks. It is unclear from our understanding of the poorly sampled Hawaiian track if these volcanic flux variations are related to speed up of the Pacific plate or to pulsations of the Hawaiian plume. In order to explain the coupled observations of faster plate speed and increased volcanic flux we aim to explore three young, relatively low-volume Pacific hotspot tracks. High–precision geochronological data for multiple hotspot tracks is the only way of extracting fundamental new information from the intraplate record about the poorly-sampled young end of the Hawaiian hotspot track. We propose to determine high-precision ages using the next generation of multi-collector mass spectrometer for 111 samples from the Foundation, Easter and Pukapuka-Rano Rahi volcanic tracks. We will use these new data to (1) pinpoint the timing of Pacific plate-speed increases and variations in hotspot volcanic flux, and (2) understand the underlying mechanisms controlling volcanic flux variations at Pacific hotspots.

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• Rio Grande Rise und Jean Charcot Seamount Kette - ein Mikrokontinent oder die Spur des Tristan-Gough Hotspots?

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. März 2019 - 30. April 2019
  Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  Abstract

  Der Rio Grande Rise (RGR) besteht aus einem umfangreichen Plateau und einer ausgedehnten Seamount Provinz im SW Atlantik und wurde bisher für eine Large Igneous Provinz gehalten, die sich durch magmatische Aktivität des Tristan-Gough Mantelplumes auf der Südamerikanischen Platte gebildet hat. Allerdings zeigen neue Untersuchungen, dass der RGR ein Stück kontinentaler Kruste sein kann, das während der Öffnung des Südatlantiks geriftet und vom südamerikanischen Kontinent nach Osten bewegt wurde, so daß das Plume-Modell überflüssig wäre. Hier schlagen wir eine kombinierte seismische, geochemische, geo- und thermochronologische Untersuchung der Erdkruste des RGR vor, um die Hypothese eines von tektonischen und magmatischen Prozessen überprägten Kontinentsplitters zu testen. Dabei sollen die 1000 km langen Rift- und Vulkanstrukturen des RGR und der Jean Charcot Seamounts nach Anzeichen von Mantelplume-Aktivität und dem Bildungsalter der Gesteine untersucht werden. Mit diesen Daten kann der relative Anteil von kontinentaler und ozeanischer Kruste am RGR sowie die Mächtigkeit, das Alter und die Herkunft vulkanischer Gesteine bestimmt werden. Die Ergebnisse werden wichtige Erkenntnisse für das Verständnis des Aufbrechens von Kontinenten und der Bildung von Ozeanbecken sowie der Rolle von Mikrokontinenten bei der Bildung von Hotspot-Spuren liefern.

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• Magmatische Entwicklung von Inselbogen- und Backarc-Kruste und Implikationen für hydrothermales Venting im NE Tonga Inselbogen

  (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

  Titel des Gesamtprojektes: TONGARIFT
  Laufzeit: 1. Februar 2018 - 31. März 2020
  Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
  Abstract

  Ozeanische Inselbögen zeigen eine Entwicklung mit verschiedenen tektonischen Phasen, die durch die Bildung und Eruption unterschiedlicher Magmen gekenzeichnet sind. Boninite haben eine ungewöhnliche chemische Zusammensetzung und treten offenbar typischerweise in der frühen Entwicklungsphase von Inselbögen auf, wobei sie sich sich bei der Aufschmelzung von sehr verarmtem Mantel bilden.   Eines der Hauptziele des vorgeschlagenen Projekts ist die stratigraphische Beprobung von Krustenprofilen an Abschiebungen des NE Tonga Rückens und Lau Backarc Beckens wo Boninite offenbar sehr häufig auftreten. Laven der nördlichen Tonga Inseln haben ungewöhnliche Zusammensetzungen, die eine starke Verarmung des Mantels und eine Anreicherung durch Fluide anzeigen, während Laven im Backarc teilweise einen Einfluss des Samoa Mantelplumes widerspiegeln. Der Vulkan Niuatahi im Lau Backarc zeigt eine sehr ungewöhliche Struktur und ist umgeben von jungen Lavaströmen und vulkanischen Rücken, die bis zum NE Lau Backarc Spreizungsrücken reichen, so dass hier die Magmenbildung und Mischungsproesse vom Inselbogen bis zum Backarc untersucht werden kann. Wir schlagen eine Beprobung der Vulkane im Inselbogen und im Backarc in dieser Region vor, um die verschiedenen Mantelquellen zu definieren und die Dynamik und die Schmelzprozesse des Mantelkeils zu bestimmen. Die jungen Vulkane in dieser Region zeigen sehr verbreitete hydrothermale Aktivität sowie massive Entgasungsprozesse, die die genauere Untersuchung des Eintrags von magmatischen Volatilen und Metallen in die hydrothermalen Fluide und Präzipitate erlauben. Wir wollen diese verschiedenen Fluidaustritte beproben, um die Parameter des magmatischen Eintrags und der Wassertiefe auf die Fluide, die Ausfällungen und die Ventfauna zu bestimmen.

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• Magmenbildung und -entwicklung in einem ozeanischen Inselbogen- Backarc System: eine Fallstudie im Tonga Inselbogen und Valu Fa Rücken

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Februar 2018 - 31. Januar 2021
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
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• Bildung, Transport und Entwicklung von Magmen in einem ozeanischen, ultralangsam spreizenden Rift

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Juli 2017 - 30. Juni 2020
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
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• Durchführung von Spurenelementmessungen und Nd-Pb Isotopenmessungen an Manganknollen und assoziierten Sedimenten

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Mai 2017 - 31. Dezember 2017
  Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
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• Vulkanische und tektonische Prozesse im westlichen Teil des Eger Grabens

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Mai 2017 - 30. April 2018
  Mittelgeber: Bayerische Staatsministerien
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• Bildung und Entwicklung von Magmen bei der Subduktion von Sedimenten: Fallstudie des submarinen Paphsanias Vulkans, Ägäis

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 15. April 2017 - 31. März 2018
  Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  Abstract

  Andesite magmas at active continental margins may form due to assimilation-fractional crystallization processes from basaltic mantle melts or due to direct partial melting of unusual mantle rocks resulting, for example, from mixing of sediment melts with peridotite. Magmas of the Aegean Arc indicate a reaction of the melts with the crust during the ascent as well as a strong input of sediment into the melting zone of the mantle wedge. These different mixing processes are difficult to define in most rocks and require detailed studies of melt (glass) and mineral compositions. Thus, submarine lavas are best suited for a study of andesite formation because melts are quenched and their composition including volatile contents can be determined. The volcanoes of the western Aegean mainly erupted effusive lavas in domes and flows rather than showing explosive activity. We propose a cruise to the westernmost submarine volcano Paphsanias of the Aegean Arc that has not been studied petrologically and geochemically. We suggest studying and sampling this volcano using an ROV that will give us stratigraphic control of the samples. The ROV dives will allow determining the relative abundance of lavas and volcaniclastic rocks and yield insights into the apparently different magma ascent and eruption processes in the western volcanoes. Given the young age of the Paphsanias volcano the crater may also show hydrothermal activity that we will be able to observe and sample using the ROV.Andesite magmas at active continental margins may form due to assimilation-fractional crystallization processes from basaltic mantle melts or due to direct partial melting of unusual mantle rocks resulting, for example, from mixing of sediment melts with peridotite. Magmas of the Aegean Arc indicate a reaction of the melts with the crust during the ascent as well as a strong input of sediment into the melting zone of the mantle wedge. These different mixing processes are difficult to define in most rocks and require detailed studies of melt (glass) and mineral compositions. Thus, submarine lavas are best suited for a study of andesite formation because melts are quenched and their composition including volatile contents can be determined. The volcanoes of the western Aegean mainly erupted effusive lavas in domes and flows rather than showing explosive activity. We propose a cruise to the westernmost submarine volcano Paphsanias of the Aegean Arc that has not been studied petrologically and geochemically. We suggest studying and sampling this volcano using an ROV that will give us stratigraphic control of the samples. The ROV dives will allow determining the relative abundance of lavas and volcaniclastic rocks and yield insights into the apparently different magma ascent and eruption processes in the western volcanoes. Given the young age of the Paphsanias volcano the crater may also show hydrothermal activity that we will be able to observe and sample using the ROV.

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• Magmatische Systeme und Metallbudgets in räumlicher Abhängigkeit zu Inselbögen

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  Abstract

  Hydrothermale Systeme mit dem Potential mineralische Lagerstätten von ökonomischer Bedeutung zu bilden, finden sich oft im Zusammenhang mit dem Rifting von Inselbogenkruste. Die grundlegenden Veränderungen in den strukturellen und magmatischen Rahmenbedingungen von der vulkanischen Front hinein in den Backarc bieten dabei die einzigartige Möglichkeit, die vielfältigen magmatischen und hydrothermalen Systeme (z.B. Hannington et al., 2005) in ihrer gesamten Bandbreite zu studieren. Im Rahmen des beantragten Forschungsprojektes wollen wir versuchen, Veränderungen in der Aufschmelzzone (physische Aufschmelzbedingungen und Mantelquellen) über diesen Bereich hinweg und deren Einfluss auf den Transport (bzw. die Anreicherung) von Metallen zu quantifizieren. Magmatische Volatile tragen zu den hydrothermalen und somit Erz-bildenden Fluiden bei, jedoch wird der grundlegende Einfluss von Oxidationszustand, Schwefelsättigung und magmatischer Entgasung auf die Metallkonzentration silikatischer Schmelzen nach wie vor diskutiert. Jenner et al. (2010, 2015) zeigten zum Beispiel die Bedeutung der Kristallisation von Magnetit für die Schwefelsättigung und das Verhalten der chalcophilen Elemente auf. Das Auftreten der sogenannten Magnetit-Krise ist möglicherweise jedoch auf spezielle physisch-chemische Rahmenbedingungen beschränkt (z.B. Kristallisation in einem geschlossenen System, spezieller Oxidationszustand, Schmelzzusammensetzung etc.) und sollte daher systematisch in verschiedenen magmatischen Systemen (z.B. im Übergang von der vulkanischen Front zum Backarc) und auf verschiedenen Größenskalen untersucht werden. In diesem Projekt wollen wir versuchen, die verschiedenen Einflüsse von Mantelquelle(n) und Aufschmelzbedingungen auf die Anreicherung von Metallen und Volatilen, sowie die geologischen Rahmenbedingungen für den Aufstieg von Schmelzen und Volatilen zu entwirren. Dies soll auf einer räumlichen Größenordnung geschehen, wie sie wichtig ist für die Exploration von Lagerstätten. Das beantragte Forschungsprojekt setzt sich aus zwei kleineren Einzelprojekten zusammen, eines davon mit dem Schwerpunkt auf den Mantelquellen, den Aufschmelzbedingungen und der magmatischen Differentiation (grundlegende Rahmenbedingungen) und das andere mit dem Fokus auf Geologie des Meeresbodens (Aufstiegswege und Geodynamik) und dem speziellen Verhalten der Metalle (v.a. Cu, Au und die sog. kritischen Metalle) und Volatile (H2O, CO2, Cl, S) in den Schmelzen. Diese beiden Projekte sind jedoch sehr eng miteinander verstrickt (v.a. durch den Aspekt der Schmelzentwicklung) und erfordern daher einen engen und regelmäßigen Austausch. Schwerpunkt des Projekts wird das Tonga- Kermadec Subduktionssystem, da wir Zugang zu umfangreichen Probensammlungen von dort haben sowie zwei weitere Forschungsfahrten (ARCHIMEDES I und TongaRIFT) dorthin kürzlich bewilligt wurden. 

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• Entstehung des Troodos Ophiolits: Dreidimensionale geochemische Kartierung der Lavenabfolge

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. November 2016 - 31. Oktober 2019
  Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  Abstract

  Ophiolites are often used to infer the internal structure of the oceanic crust and the processes by which it is formed, but most ophiolites were not formed in typical mid-ocean ridge settings. Instead, they appear to have formed close to former subduction zones, but the exact tectonic setting in which they were formed is debated. If ophiolites represent fore-arc crust formed during subduction initiation events, then they provide insights into the initiation of subduction zones, an outstanding unresolved question in plate tectonics. If ophiolites were formed in back-arc or plate edge settings they may represent useful analogues for the internal structure of oceanic crust. If they were formed at a ridge-trench-trench or ridge-trench-transform triple junction then they could be used to infer mantle wedge structure and processes. These tectonic models predict different geochemical variations in ophiolite lavas with space and time. We will map out the 3D gechemical structure of the Troodos Ophiolite of Cyprus, one of the best preserved an exposed ophiolites. We will use major and trace element microanaysis of fresh volcanic glass in order to avoid the effects of alteration. Detailed high resolution sampling of sections through the Troodos volcanic section on both the northern and southern margins of the ophiolite will be used to determine the chemical evolution of magmatism and test hypotheses for the tectonic origin of this ophiolite.

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• Temperature-related stresses as a unifying principle in ancient extinctions

  (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

  Titel des Gesamtprojektes: FOR 2332: Temperature-related stresses as a unifying principle in ancient extinctions (TERSANE)
  Laufzeit: 1. Juli 2016 - 30. Juni 2019
  Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
  URL: https://www.gzn.fau.de/palaeoumwelt/projects/tersane/index.html
  Abstract

  Combined with local and regional anthropogenic factors, current human-induced climate warming is thought to be a major threat to biodiversity. The ecological imprint of climate change is already visible on land and in the oceans. The imprint is largely manifested in demographic/abundance changes and phenological and distribution shifts, whereas only local extinctions are yet attributable to climate change with some confidence. This is expected to change in the near future owing to direct heat stress, shortage of food, mismatches in the timing of seasonal activities, geographic barriers to migration, and new biological interactions. Additional stressors are associated with climate warming in marine systems, namely acidification and deoxygenation. Ocean acidification is caused by the ocean's absorption of CO2 and deoxygenation is a result of warmer water, increased ocean stratification and upwelling of hypoxic waters. The combination of warming, acidification and deoxygenation is known as the "deadly trio". Temperature is the most pervasive environmental factor shaping the functional characteristics and limits to life and is also central to the generation and biological effects of hypoxic waters and to modulating the effects of ocean acidification, with and without concomitant hypoxia. Due to the key role of temperature in the interaction of the three drivers we termed these temperature-related stressors (TRS).
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• Die Rolle von Mischungsprozessen bei der Andesitbildung - tiefes Sedimentrecykling gegen flache Krustenkontamination

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: seit 1. Januar 2015
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  Abstract

  Andesite sind die typischen vulkanischen Gesteine der aktiven Kontinentalränder und die kontinentale Kruste hat eine andesitische Durchschnittszusammensetzung. Die meisten dieser andesitischen Magmen entstehen durch komplexe Mischungsprozesse mit sedimentärem Material, das entweder in den Mantel subduziert wurde oder beim Aufstieg der Magmen in der Kruste aufgenommen wird. Am ägäischen Inselbogen wird eine der größten Sedimentmengen der Erde subduziert und die Gesamtgesteinszusammensetzung der Magmen dieses Inselbogens zeigt einen wesentlichen Einfluss von Sediment. Um die Mischungsprozesse in diesen Magmen genauer zu definieren, schlagen wir eine detaillierte geochemische Studie der Haupt- und Spurenelement- sowie Sr-Nd-Hf-Pb-O Isotopenzusammensetzung von Mineralphasen wie Olivin, Amphibol, Klinopyroxen und Plagioklas sowie von Glaseinschlüssen in Laven der Vulkane Methana/Aegina im ägäischen Inselbogen vor. Die Minerale erlauben Einsichten in die Mischung verschiedener Endglieder in unterschiedlichen Tiefen im Mantel und in der Kruste, die anhand von geochemischen Analysen und thermobarometrischen Berechnungen bestimmt werden können. Die Laven von Methana/Aegina sind hervorragend für solch eine Fallstudie geeignet, weil sie geochemisch gut beschrieben und variabel mit teils extremen Zusammensetzungen sind und häufige Minerale enthalten.
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• Die magmatische und geochemische Entwicklung ozeanischer Intraplattenvulkane am Beispiel der Louisville Seamount Chain (IODP Leg 330) und anderer pazifischer Hotspots

  (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

  Titel des Gesamtprojektes: SPP 527: Ocean Drilling Program/Deep Sea Drilling Project
  Laufzeit: seit 1. Oktober 2013
  Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
  Abstract

  Die Vulkane von langlebigen altersprogressiven Seamountketten entstehen vermutlich über Mantelplumes aus verschiedenen Tiefen des Erdmantels, über die sich die Lithosphärenplatten bewegen. Die einzelnen Vulkane dieser Seamountketten entwickeln sich über mehrere Millionen Jahre typischerweise durch ein Schildstadium und ein Postschild- oder Posterosionalstadium, wobei sich die Zusammensetzung der Laven verändert, z.B. von tholeiitischen bis zu sehr stark SiO2-untersättigten Magmen. Die Variation des Chemismus wird durch Veränderungen der Schmelztiefe, des Schmelzgrades und der mineralogischen und chemischen Zusammensetzung der Mantelquelle beeinflusst, wobei diese Parameter vermutlich von der Position des Plumes relativ zur Lithosphärenplatte abhängen. Allerdings sind die einzelnen Einflüsse umstritten, so dass insgesamt die Temperatur, Dynamik und Zusammensetzung der Mantelplumes nur unzureichend verstanden ist. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts sollen vulkanische Gläser und darin enthaltene Olivine von submarinen Vulkanen der Louisville Seamountkette des IODP Leg 330, sowie verschiedener pazifischer Hotspots (Macdonald, Society, Pitcairn, Juan Fernandez) gemessen werden, um die Variation der Zusammensetzung primitiver Magmen auf alter, relativ schnell bewegender Lithosphäre zu vergleichen. Die Proben sind in Erlangen und Kiel verfügbar. Die Glaszusammensetzung ermöglicht einen genaueren Vergleich der unterschiedlichen Mantelschmelzen als die bisher existierenden Gesamtgesteinsanalysen und damit auch eine bessere Bestimmung der Parameter bei der Entstehung. An den Gläsern und Olivinen der verschiedenen Hotspots soll zudem die O Isotopenzusammensetzung analysiert werden, um die Variation von O in Mantelplumes zu bestimmen. Zusammen mit publizierten Altersdaten und chemischen Daten soll zum ersten Mal untersucht werden, inwieweit eine systematische Variation der Mantelschmelzen mit der Zeit an verschiedenen Hotspots existiert und inwieweit diese von der Geschwindigkeit der Lithosphärenplatte abhängt.
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• Vulkanismus, Hydrothermalismus und Ventbiologie der Coriolis Becken, Neue Hebriden Inselbogen

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Juni 2013 - 31. Mai 2015
  Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
  Abstract

  Junges Rifting (< 3 Ma) im südlichen Neue Hebriden Inselbogen erzeugte drei vulkanische und hydrothermal aktive Becken im Coriolis Becken, in denen z.T. alkaline Magmen mit Anreicherungen an Nb und Ta auftreten. Weiterhin zeigt der Vanuatu Inselbogen eine starke Dynamik mit einem Umspringen der vulkanischen Aktivität weiter nach Osten. Durch das Rifting wurden tiefe Bereiche des Inselbogens freigelegt, die offenbar bis 7 Ma alt sind. Eine detaillierte stratigraphische Beprobung dieser Riftflanken und der jungen Vulkane im südlichen Inselbogen und im Backarc ermöglichen daher einmalige Möglichkeiten zur Entwicklung der Magmen, ihres Aufstiegs und ihrer Quellen in den letzten 7 Ma. Drei Vorkommen von hydrothermalen Quellen bzw. Präzipitaten wurden in den Coriolis Troughs bisher beschrieben aber nicht detailliert untersucht. Mit einem ROV sollen die zeitliche und chemische Variabilität zwischen Magmengenese, Vulka­nismus und Hydrothermalismus im Gebiet der Coriolis Becken untersucht werden. Von Bedeutung sind Fragen der lithologischen Kontrolle durch volatilreiche, alkaline Magmen und Einflüsse vulkanischer Entwicklung auf metallogenetische Prozesse sowie der Fluiddynamik und –entwicklung. Die Auswirkung unterschiedlicher Wassertiefen auf die Entgasungs­prozesse und Zusammensetzung hydrothermaler Fluide steht dabei im Vordergrund. Ein weiterer Schwer­punkt liegt in der Untersuchung der kleinräumigen Variabilität magmatischer Differenziation  im Inselbogen und deren Rückkopplung auf Metallfraktionierung und hydrothermale Aktivität. Von biologischer Seite steht das Verständnis der Kontrolle der Habitate sowie der Faunenverteilung und -zusammensetzung an hydrothermalen Austritten im Vordergrund. 

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• Hotspot Rücken Südatlantik

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Dezember 2012 - 30. November 2015
  Mittelgeber: Industrie
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• Spurenelementanalyse in Pyrit von submarinen hydrothermalen Quellen

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. September 2012 - 30. September 2013
  Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
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• Origin and length scale of compositional anomalies in the convecting Earth: constraints from the Azores

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. September 2011 - 30. März 2013
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  Abstract

  Lavas from the Azores islands show some of the most extreme variation in trace element and isotope compositions known from oceanic intraplate volcanoes. This extreme variation has partly been explained by the presence of recycled crustal rocks in the mantle sources. Stable isotopes provide the prospect to increase our understanding of the generation of such mantle sources. While the 18O/16O of upper mantle olivines shows a small variability (~δ18O of 5.0-5.2 ‰) the incorporation of sedimentary and continental material into the mantle will significantly increase the δ18O. Contrastingly, the high temperature alteration of the oceanic crust will result in lower δ18O. The Azores archipelago displays an ideal site to study the O isotope variation of highly variable mantle sources on a small scale in order to determine their origin. We propose a systematic study of olivine and clinopyroxene phenocrysts from primitive lavas and plagioclase phenocrysts from evolved lavas as well as glass analyses from all lavas of the Azores volcanoes both east and west of the Mid-Atlantic Ridge in order to better understand the variability of mantle sources and their origin. Chlorine and F concentrations in glasses from different islands will help to define crustal assimilation of the Azores magmas and can also be used to define recycled crustal material in pristine mafic rocks. This study will complement the large geochemical data set on the Azores magmas and provide important new insight into the origin of mantle sources.

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• Identifying time constraints and mechanisms of crust-mantle coupling in Central European continental lithosphere

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Mai 2010 - 30. Mai 2013
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  Abstract

  The buoyant continental mantle root plays an important role in stabilizing of the lithosphere but its composition and age as well as its relationship to the crust are poorly understood. The crust is believed to be largely generated in subduction zones while several other geodynamic settings have been proposed to facilitate lithospheric mantle generation. In this project we suggest to study the lower crust and subcontinental lithospheric mantle along the Eger Rift with highly precise and accurate trace element and isotope methodologies. The Eger region is particularly interesting because it transverses the boundary of two major lithospheric blocks (the Saxothuringian and the Moldanubian) and has been amalgamated during the Variscan orogeny. We propose to study the geochemical and isotopic composition of crustal and mantle xenoliths in order to compare the petrogenesis of the different parts of the lithosphere and define possible relationships. The lithosphere beneath the Eger Rift is also believed to contribute to the alkaline magmatism and thus another part of the project is concerned with the better definition of magma sources and their regional variation.

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• The generation of felsic magmas in the oceanic crust: assimilation-fractional crystallization processes versus re-melting of the crust

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Februar 2010 - 29. Februar 2012
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  Abstract

  In dem beantragten Projekt soll eine kombinierte geochemische und experimentell petrologische Untersuchung der Bildung von SiO2-reichen Magmen in der ozeanischen Kruste durchgeführt werden. Diese Studie soll das Verständnis 1) der Fraktionierungsprozesse, die zur Bildung von felsischen Magmen führen, 2) der Magmendynamik während des Aufstiegs in der ozeanischen Kruste und 3) die Interaktion von Shcmelzen mit der alterierten ozeanischen Kruste verbessern. Hauptbestandteil des vorgeschlagenen Projektes soll die Untersuchung von Gesteinen des Oman Ophiolits darstellen, wobei einerseits die felsischen Gesteine und andererseits die damit auftretenden mafischen und hydrothermal alterierten Nebengesteinen untersucht werden sollen. Damit soll festgestellt werden, durch welche Prozesse (Assimilation, partielle Aufschmelzung oder fraktionierende Kristallisation) die felsischen Magemn entstanden. Ausserdem sollen basaltische, andesitische und dazitische Laven des Pazifisch-Antarktischen Rückens untersucht werden, da an dieser schnell-spreizenden Achse felsische Laven verbreitet sind, aber noch keine detaillierte Studie ihrer Entstehung durchgeführt wurde. Wir planen im Rahmen einer Dissertation geochemische und isotopengeochemische Untersuchungen an Gesamtgesteinen, vulkanischen Gläsern, Phäno- und Xenokristallen zur Entwicklung eines umfassenden Verständnisses der Transformation von mafischem zu felsischem Material. Gleichzeitig sollen in einer anderen Dissertation die Mineral-Schmelzgleichgewichte, Verteilungskoeffizienten von Spurenelementen und mögliche Aufschmelz oder Kristallisationsprozesse mit experimentellen Methoden an den gleichen Proben untersucht werden. 

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• Magmatische und sedimentologische Entwicklung eines ozeanischen Plateaus am Beispiel der Azoren

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. September 2009 - 30. September 2011
  Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  Abstract

  Die Azoren liegen auf einem ozeanischen Plateau mit etwa 10-12 km mächtiger Kruste basaltischer Zusammensetzung. Das Plateau mit der verdickten Kruste entwickelte sich offenbar durch verstärkten Vulkanismus vor etwa 6-4 Ma. Seit 4 Ma entsteht am Mittelatlantischen Rücken dünnere Kruste, da die Schmelzanomalie abgeschwächt ist und so das Azoren Plateau geteilt wird. Der magmatische Puls vor 6-4 Ma wurde möglicherweise durch einen Mantelplume-Kopf ausgelöst, der zur Bildung des Plateaus aus ozeanischen (Flut)basalten führte. Die Insel Santa Maria am östlichen Rande des Plateaus reflektiert eine Schlüsselrolle in der Bildung des Plateaus. Das Projekt hat drei Ziele: (1) die zeitliche und chemische Entwicklung des Vulkanismus auf dem Plateau zu klären (z.B. der Übergang von tholeiitischen Flutbasalten zu alkalinen Magmen der Inseln), (2) die Wechselwirkung zwischen der Azoren Schmelzanomalie und dem Mittelatlantischen Rücken zu bestimmen, (3) den Magmentransport und die Eruptionsmechanismen in der frühen Plateaubildungsphase zu bestimmen und (4) den zeitlichen Rahmen und biogeographischen Kontext sowie Diagenesepfade der eingeschalteten Karbonate zu bestimmen.

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• Sauerstoffisotopenvariationen in ozeanischen magmatischen Gesteinsserien: Assimilation-fraktionierende Kristallisationsprozesse versus Variation der Mantelquelle

  (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

  Laufzeit: 1. Januar 2009 - 31. Dezember 2010
  Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  Abstract

  Oxygen isotopes are an important tool to study reactions between ascending mantle-derived magmas and material in the oceanic lithosphere that has been altered by surface processes like for example, sediments or hydrothermally altered rocks. Furthermore, crystal fractionation processes can also affect the O isotope composition especially of evolved magmas because different mineral phases fractionate O isotopes. Both assimilation and crystal fractionation thus impede the study of O isotope compositions of the magma sources in the mantle which could give important insights into recycling processes at subduction zones and in deep mantle plume-derived intraplate magmas. Here we suggest a study of the O isotope variation of five well-characterized lava series from different oceanic magmatic settings (mid-ocean ridge, oceanic intraplate, back-arc, and island arc settings) in order to define the variations between basaltic and silicic lavas and the processes affecting the O isotope ratios. Based on the understanding of lithospheric processes we will be able to distinguish the O isotope composition of the mantle sources of the magmas and draw conclusions on crustal recycling into the deep mantle and into the mantle wedge beneath subduction zones. 

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• The lead isotope composition of the Earth’s mantle from double-spike analysis of abyssal peridotites
• Geochemical structure and tectonic origin of supra-subduction zone ophiolites
• Investigating the relationships between flood basalt volcanism, climate change and mass extinction events
• The formation and evolution of oceanic hotspot volcanoes
• Identifying time constraints and mechanisms of crust-mantle coupling in Central European continental lithosphere

Expeditionen

Die Mitarbeiter des Lehrstuhls Endogene Geodynamik sind regelmäßig an der Organistaion und Leitung von Expeditionen mit deutschen und internationalen Forschungsschiffen beteiligt.