Fluidfluß und Massentransport in Kontaktaureolen

Die wissenschaftliche Tätigkeit im Rahmen dieses Projektes konzentrierte sich auf geologische, petrologische und (isotopen)geochemische Untersuchungen von Transportprozessen unter hohen Druck und Temperaturbedingungen, wie sie bei der Gesteinsmetamrophose in der Erdkruste vorherrschen. Ziel der Untersuchungen war es, Phänomene von synmetamorphem Stofftransport zu dokumentieren und geeignete Datengrundlagen für eine quantitative Modellierung zu schaffen. In drei Teilprojekten wurden in der Monzoni Kontaktaureole (Südtiroler Dolomiten), im Oslo Graben (Südnorwegen) und in der Ivrea Zone (N-Italien) Transportphänomene in verschiedenen Grössenmassstäben untersucht. Ein verbessertes Verständnis von Materialtransport unter hohen Druck und Temperaturbedingungen ist im Zusammenhang mit dem Langzeitfolgen von anthropogenen Perturbationen geologischer Systeme (z.B. durch Endlagerung von radioaktivem Abfall) von Bedeutung Teilprojekte In der Monzoni Kontaktaureole wurden einerseits die mineralogisch-petrographische Systematik und andererseits die Isotopensignaturen der Gesteine erfasst. Aus den gewonnenen Daten konnten Rückschlüsse auf die thermische Entwicklung der Aureole und auf die synmetamorphe Permeabilitätsstruktur gezogen werden. Es zeigte sich eine starke lithologische Kontrolle der synmetamorphen Permeabilitätsstruktur vom Aureolenmassstab bis in den Kleinbereich. Reine Karbonate verhielten sich während der Metamorphose weitgehend impermeabel. Mit zunehmender Verunreinigung der Karbonate durch silikatische Anteile steigt die synmetamorphe Permeabilität. Dieser Effekt wird auf Mineralreaktionen mit negativem Reaktionsvolumen zurückgeführt ``reaction enhanced permeability``. Im Oslo Graben wurden an zwei Kontaktaureolen (Drammen Granit und Larvik Intrusion) petrographische Analysen und Messungen an den stabilen Isotopen von Sauerstoff und Kohlenstoff und Sr-Isotopenmessungen durchgeführt. Aus den vorliegenden Daten konnten Erkenntnisse über das synmetamorphe Fluidregime gewonnen werden. Demzufolge war das synmetamorphe Fluid in der Drammen Aureole relativ kühl und wasserreich, während in der Larvik Aureole die Temperaturen wesentlich höher waren, und das Fluid einen grösseren Anteil an CO2 aufwies. Im Bezug auf den lithologischen Einfluss auf die synmetamorphe Permeabilitätsstruktur konnten die Ergebnisse aus der Monzoni Kontaktaureole weitgehend bestätigt werden. Aus der Ivrea Zone wurden metasomatische Koronastrukturen, die im Zuge von kleinräumigen Austauschprozessen unter hochgradigen Metamorphosebedingungen entstanden sind, untersucht. Es wurden mineralogisch- petrographische Daten und Sauerstoffisotopenanalysen kombiniert, um die Mobilität diverser Komponenten (Si, Al, Mg, Ca, O) unter Bedingungen hoher Metamorphose zu extrahieren. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist die Erkenntnis, dass in den untersuchten Koronastrukturen die Sauerstoffdiffusion wesentlich schneller abgelaufen ist, als aus experimentellen Daten abgeleitet wird. Die rasche Diffusion von Sauerstoff kann entweder durch Korngrenzdiffusion oder durch die Kopplung des Sauerstofftransportes an den Transport von anderen chemischen Komponenten, die im Zuge der Metasomatose umverteilt wurden, erklärt werden.