Cordierit-H2O-CO2-Natrium-Gleichgewichte als Geothermobarometer und Fluidindikatoren

Große Areale der kontinentalen Erdkruste bestehen aus metamorphen Gesteinen. Um die geologischen Vorgänge, die zur Bildung kontinentaler Kruste fühlten, aufklären zu können, hat es sich als unumgänglich erwiesen, die Druck- und Temperaturbedingungen der Metamorphose, bzw. deren zeitliche Änderungen während eines solchen Metamorphoseablaufs zu entziffern. Bestimmte chemische Kationen-Austauschgleichgewichte zwischen einzelnen Mineralphasen sind druck- bzw. temperatursensitiv und werden als sogenannte Geobarometer und Geothermometer bezeichnet. Diese chemischen Gleichgewichte ändern sich mit wechselnden Druck- und Temperaturbedingungen, dies kann im Labor bei bekanntem Druck und bekannter Temperatur künstlich nachvollzogen werden. Durch die nun bekannte Abhängigkeit der chemischen Verhältnisse von Druck und Temperatur erhält man die gewünschten Informationen über die metamorphen Bildungsbedingungen durch mikrochemische Untersuchung der Gesteine. In ähnlicher Weise kann man Erkenntnisse über den ehemaligen Gehalt an H2O und anderen leicht flüchtigen Gesteinsbestandteilen während der Metamorphose erzielen. Ein Beispiel für ein solches Geothermobarometer ist das Mineral Cordierit, chemische Formel (Mg,Fe)2AI4Si5O18*(nH2O, CO2, Na+), das zusammen mit anderen Mineralphasen, wie z.B. Granat, Biotit und Albit verschiedene chemophysikalische Abhängigkeiten aufweist. Cordierit wird häufig in der wichtigen und weit verbreiteten metamorphen Gesteinsgruppe der Metapelite gefunden, deren Ausgangsgesteine Tone sind. So ist z.B. der Na-Gehalt dieses Minerals stark von der Temperatur abhängig. Neben dieser Temperaturabhängigkeit üben die während der Metamorphose vorhandenen Fluide H2O und CO2 einen starken Einfluß auf den Na-Einbau aus. In diesem Projekt ist geplant, diese komplexe Temperaturabhängigkeit experimentell zu bestimmen. Desweiteren läßt sich Cordierit zusammen mit Granat oder Biotit als Druckindikator benutzen. Dieses Mineralgleichgewicht wurde bereits von anderen Forschern untersucht, allerdings machen neuere Erkenntnisse eine Überprüfung und Erweiterung dieser Geobarometer notwendig. Wir versprechen uns von den Ergebnissen dieser Untersuchungen eine dreifache Nutzung des Cordierits, nämlich als Druck-, Temperatur-, und Fluidindikator. Die geologische Anwendung dieser Ergebnisse wird mithelfen, die komplizierten Verhältnisse während der Gesteinsmetamorphose besser zu verstehen.