Fe-Ti Oxideinschlüsse und Magnetismus von ozeanischem Gabbro

Paläomagnetische Forschung zielt auf die Rekonstruktion des früheren Erdmagnetfeldes, und, durch die Bestimmung von scheinbaren Polwanderkurven, auf das Verständnis globaler tektonischer Prozesse ab. Sie basiert auf der Bestimmung des Paläomagnetfeldes aus der remanenten Magnetisierung der magnetischen Minerale in Gesteinen unterschiedlichen geologischen Alters. Die großskaligen magnetischen Streifenmuster entlang der mittelozeanischen Rücken haben grundlegende Erkenntnisse über Umpolungen des Erdmagnetfeldes und über die Plattentektonik geliefert. In den Basalten und Gabbros des Ozeanbodens sind die Eisen-Titanoxide die wichtigsten magnetischen Minerale. Im Vergleich zu Basalten erfahren die Gabbros des Ozeanbodens eine verhältnismäßig langsame Abkühlung und eine komplexe Gesteinsgenese. Ihre magnetischen Signaturen ergeben sich aus Beiträgen von unterschiedlichen Mineralen, denen ihre Magnetisierung zu verschiedenen Zeiten und unter verschiedenen Magnetfeldern aufgeprägt wurde. Die resultierende magnetische Signatur ist komplex, und kann nur durch Kombination von magnetischen Messungen mit mineralogischer und petrologischer Information zu den Entstehungsbedingungen und Entstehungspfaden der Eisen-Titanoxide und ihrer anschließenden Entwicklung verstanden werden. In Gabbros sind Mikrometer und sub-Mikrometer skalige Eisen-Titanoxideinschlüsse in den gesteinsbildenden Silikatmineralen besonders stabile Träger des Magnetismus. Trotz der geringen Größe und des vernachlässigbaren Volumenanteils bestimmen die magnetischen Eigenschaften der Eisen-Titanoxidmikroeinschlüsse die magnetische Signatur der silikatischen Wirtskristalle und schließlich den remanenten Magnetismus des Gesamtgesteins. Dank der Entwicklungen in den mineralogischen und petrophysikalischen Analysetechniken ist nun das ganze Kontinuum von der atomaren Skala bis zur Skala des Handstückes der detaillierten Materialcharakterisierung zugänglich. In diesem Projekt sollen mineralogische, mikrostrukturelle, texturelle und magnetische Daten an Gabbros, die vom Mittelatlantischen Rücken geborgen wurden, gesammelt werden, um die Geschichte der Gesteinsentstehung mit der magnetischen Signatur auf allen Längenskalen zu verbinden. Zu diesem Zweck werden die neuesten Techniken der Elektronenstrahlmikroanalytik mit systematischen magnetischen Messungen an Gesamtgesteinen, an separierten Silikatmineralen mit Eisen-Titanoxideinschlüssen und an einzelnen Eisen-Titanoxidmikroeinschlüssen mittels Elektronenholographie kombiniert. Ein Verständnis der remanenten Magnetisierung der Eisen- Titanoxidmikroeinschlüsse im Lichte ihrer primären Genese und folgenden Entwicklung ist von entschiedender Bedeutung für die Interpretation von magnetischen Messungen an langsam abgekühlten magmatischen Gesteinen. Es steht eine einzigartige Probensammlung von Ozeanbodengabbros für die Untersuchung zur Verfügung, und ein Konsortium aus Projektpartnern in Österreich, Russland, Slowenien und Deutschland mit weitgehend komplementären Expertisen hat sich gefunden, um die interdisziplinäre Aufgabe wahrzunehmen. Die Ergebnisse der geplanten Forschung werden unsere Möglichkeiten der Analyse und Interpretation von magnetischen Daten von Gabbros des Ozeanbodens erweitern und zu einem besseren Verständnis der Zusammenhänge zwischen dem magnetischen Inventar und der geologischen Geschichte der Gesteine beitragen. 1

Das Magnetfeld der Erde hängt mit der Konvektion im metallischen Kern zusammen und schirmt unseren Planeten gegen hochenergetische Teilchen aus dem Weltraum ab. Im Laufe der geologischen Zeit hat sich das Erdmagnetfeld erheblich verändert. Ein Verständnis davon, wie sich das Erdmagnetfeld in der Vergangenheit verändert hat, ist von zentralem Interesse und hängt von der Aufzeichnungstreue der remanenten Magnetisierung ab, die in den magnetischen Mineralien im Gestein enthalten ist, wobei Magnetit das wichtigste magnetische Mineral ist. Magnetit kann als Mineralkorn in der gleichen Größe wie die anderen Mineralbestandteile des Gesteins auftreten. Er kann aber auch in Form winziger Einschlüsse in den gesteinsbildenden Mineralen wie Plagioklas-Feldspat vorkommen. Wenn dies der Fall ist, hat Magnetit aufgrund der geringen Größe ein besonders robustes magnetische Gedächtnis und wird für paläomagnetische Rekonstruktionen im Vergleich zu den großen Magnetitkörnern bevorzugt. Plagioklas aus mafischen plutonischen Gesteinen enthält oft nadel- oder laeistenförmige Magnetit-Mikroeinschlüsse, deren Orientierungen entlang bestimmter kristallographischer Richtungen des Plagioklases liegen. Die ungleichmäßige Orientierungsverteilung der länglichen Magnetit-Mikroeinschlüsse führt zu einer ausgeprägten magnetischen Anisotropie der Plagioklas-Magnetit Anordnung. Diese Anisotropie kann die magnetische Aufzeichnung erheblich beeinflussen, indem sie die Magnetisierungsrichtung in die magnetische Foliationsebene oder die Lineationsrichtung ablenkt, die in großen Winkeln zur Richtung des Magnetfeldes liegen können. Wir verwendeten korrelierte optische Mikroskopie sowie hochauflösende Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie, um die Systematik der Form- und kristallographischen Orientierungsbeziehungen von länglichen Magnetit-Mikroeinschlüssen zum Plagioklas-GWirtskristall zu bestimmen. Anschließend kombinierten wir optische und elektronische Mikroskopie mit magnetischen Messungen einzelner Magnetit-tragender Plagioklaskörner und zeigen, dass verschiedene Arten von kristallographischen Zwillingen in Plagioklas die ungleichmäßige Verteilung der Formorientierung der Magnetiteinschlüsse verstärken; die daraus resultierende anisotrope Verteilung der Magnetitkristalle steuert wiederum die Richtung der magnetischen Remanenz.