Optimierte Petrologie von unreinen Marmoren

Mit diesem Projekt wir eine Verbesserung der Nutzbarkeit "unreiner" Marmore für die petrologische Einschätzung der metamorphen Geschichte eines Gebietes angestrebt. Dies soll durch zwei einander ergänzende Ansätze erreicht werden. Einerseits werden für Calcit-Dolomit-Marmore unter Verwendung der Programme THERMOCALC und PERPLEX thermodynamische Berechnungen eines vollständigen petrogenetischen Netzes im System (CaO-MgO- Al2 O3 -SiO2 -CO 2 -H2 O (CMASCH) durchgeführt und präsentiert. Dieses Netz wird dann durch jede der Komponenten K2 O, TiO2 bzw. ZrO2 erweitert, um die P-T-Positionen der zusätzlichen wichtigen Reaktionen zwischen Akzessorien zu ermitteln, die man für eine genauere Bestimmung des Metamorphoseverlaufes heranziehen kann. Univariante Reaktionen und deren Netze wurden in der Vergangenheit kaum für Karbonat- führende Gesteine verwendet, es lässt sich jedoch zeigen, dass sie sehr nützlich sind (Univariante entsprechen kartierbaren Isograden im Gelände) und auch sehr wichtig (Univariante sind für fast alle im Dünnschliff beobachtbaren Reaktionstexturen verantwortlich). Andererseits werden diese Resultate und deren Anwendbarkeit durch Vergleich mit Geländeproben von Calcit- Dolomit-Marmoren getestet werden, die bekanntermaßen die oben erwähnten Verunreinigungen in Form von Mineralen wie Muskovit, Phlogopit, Kalifeldspat, Rutil. Titanit, Geikielit, Ti-Klinohumit, Zirkon, Baddeleyit, Zirkonolith, etc. enthalten. Farbbilder von Heißkathoden-Kathodolumineszenz werden als eine wichtige Technik zusätzlich zu der routinemäßigen optischen Mikroskopie und den Elektronenstrahl-Techniken verwendet, um Mineralzusammensetzungen und Texturen (Mineralgenerationen, Zonarbaumuster, Einschluss-Beziehungen, Reaktionstexturen) zu detektieren und zu beschreiben. Beprobt werden im Wesentlichen Marmore aus Hoch- und Ultrahochdruck-Gebieten, weil a) dies immer noch ein aktiv expandierender Bereich moderner Forschung ist, mit vielen offenen Fragen von allgemeiner Bedeutung, b) Hoch- und Ultrahochdruck-Marmore bisher relativ wenig Beachtung gefunden haben, c) die Chance der Erhaltung von Hochdruck-Merkmalen während der Exhumation der Marmore untersucht und typische Spuren einer (Ultra- )Hochdruck-Geschichte bestimmt und für andere Forscher herausgestrichen werden können, sowie d) der Antragsteller selbst langjährige Erfahrung mit Hochdruck-Forschung hat. Daher wir eine sehr gezielte Beprobung an wichtigen bekannten Aufschlüssen in den Ost- und Westalpen (Österreich, Italien), im Rhodopengebirge (Griechenland) und in China (Dabie/Sulu-Orogen, Tienschan) erfolgen.

Die Untersuchungen im Verlauf dieses Projektes haben gezeigt, dass Marmore nicht nur ein praktisches Bau- und Kunstmaterial sind sondern auch für die Entschlüsselung der Entstehungsgeschichte geologischer Regionen interessante Informationen enthalten können. Diese wissenschaftlich vormals sehr unterschätzte Gesteinsart kann neben den Karbonaten Calcit und Dolomit auch Silikat- und Oxidmineral enthalten, die voneinander abgeschirmt durch die Karbonatmatrix - noch Informationen über die frühe Entstehungsgeschichte einer geologischen Einheit bewahren können, die in anderen Gesteinen durch spätere Ereignisse längst ausgelöscht sind. Mittels Proben solcher unreinen Marmore aus dem chinesischen Dabie-Sulu Gebirge konnte etwa nachgewiesen werden, dass ehemals oberflächennah gebildete Sedimente bei dem Gebirgsbildungsprozess in so extreme Tiefen versenkt wurden (zwischen 150 und 200 Kilometer), dass sogar Diamant unter diesen Bedingungen stabil wäre (der auch ganz selten von anderen Arbeitsgruppen als Mikrodiamanten gefunden wurde). Im Zuge des Projektes konnte durch thermodynamische Berechnungen im Vergleich mit Labormessungen an Gesteinsproben weiters etabliert werden, dass sich die Bildungsbedingungen von Marmoren tief im Erdinneren anhand des Vorhandenseins unterschiedlicher Mineral der Elemente Titan, Zirkon und Kalium, die gelegentlich als Verunreinigungen in Marmoren auftreten können, noch genauer bestimmen lassen. Damit sind unreine Marmore nun ebenfalls Bestandteil des Spektrums von Gesteinen, die nützliche Informationen für die Entschlüsselung der geologischen Vergangenheit enthalten - eine signifikante Erweiterung.