Polyhalit

Das Projekt plant das Studium des Potenzials von Polyhalit, einem K-Ca-Mg-Sulfat, zur 40Ar/ 39Ar-Datierung von niedrigtemperierten geologischen Prozessen und der Deformation in tektonischen Evaporitmélangen. Evaporitmélangen bilden in vielen Überschiebungsgürteln der Erde Gleithorizonte. In der Zukunft könnte auch die Datierung der frühen geologischen Geschichte des Mars möglich sein, da Polyhalit in weitverbreiteten Evaporiten auf dem Mars vorkommt. Polyhalit ist ein potenzielles neues Niedrigtemperaturgeochronometer, das die Datierung von geologischen Prozessen zwischen Erdoberflächentemperaturen und ca. 300 und 350C erlauben wird. Im Projekt wird das Verhalten des Argonisotopensystem in Polyhalit führenden Gesteinen mit Hilfe eines kombinierten Ansatzes, Mikrogefügeanalyse und 40Ar/ 39Ar-Altersdatierung, untersucht werden, ein Ansatz, der bisher nicht versucht wurde. Evaporitmélangen enthalten oft eine weite Palette von sonst unüblichen Gesteinsgefügen, die von verschiedenen geologischen Prozessen zeugen, z. B. Sedimentablagerung, Diagenese, thermisch kontrolliertes Mineralwachstum während der Platznahme der Evaporite in Diapiren oder Überschiebungsbahnen. Daher erlaubt Polyhalit voraussichtlich die Entschlüsselung der gesamten geologischen Geschichte zwischen Sedimentablagerung und Platznahme, solange die Temperatur unter ca. 250-350C bleibt, der oberen Stabilitätsgrenze von Polyhalit. Die vorgeschlagenen Arbeiten sind: 1. 40Ar/ 39Ar-Datierung von verschiedenen Polyhaliten, die unter spezfischen geologischen Prozessen gebildet werden, 2. Charakterisierung der Mikrogefüge der Polyhalit führenden Gesteine (z. B. Steinsalz bzw. Anhydrit), 3. 40Ar/ 39Ar-Biotit- und Zirkon- und Apatitspaltspurendatierung magmatischer und siliziklastischer Blöcke, um die Resultate der Polyhalitdatierung zu überprüfen. In vielen Fällen beinhalten tektonische Evaporitmélangen verschiedene solche Nebengesteinsblöcke, die während der Platznahme als Diapire aufgenommen werden. Die Studie wird hauptsächlich auf die oberpermische bis untertriadische evaporitische Haselgebirgs-Mélange der Ostalpen fokussiert sein. In dieser tektonischen Mélange wird auch eine wichtige Suturzone vermutet, die potenziell mit der Meliata-Sutur der Westkarpaten korreliert. Die Resultate des alpinen Haselgebirges werden über die Untersuchung von Polyhalitproben der oberpermischen Zechsteinevaporite von Norddeutschland überprüft werden. Im Zechstein kommt Polyhalit ebenfalls mit verschiedenen Gefügen vor, die während der Rekristallisation durch orogene Verkürzung bzw. durch Wassereinbruch in die Diapire gebildet wurden. Die Resultate der Studie werden daher einen Einfluss auf die Bewertung der Langzeitstabilität von Diapiren haben, da solche zur Endlagerung nuklearer Abfälle (z. B. Morsleben) verwendet werden, dann den möglichen Gebrauch von Polyhalit als Düngemittel, aber auch für die planetare Geologie, da Polyhalit die Datierung der frühen geologischen Geschichte auf dem Mars erlauben könnte.

Das Projekt handelte um sulfatische Evaporitmélange, ihre Strukturen und strukturelle Entwicklung. Solche Evaporitabfolgen sind in Gebirgen (z. B. in den Alpen) und kontinentalen Plattformgebieten (z. B. Norddeutschland) weit verbreitet. Das Projekt brachte Fortschritte in drei Hauptrichtungen: Wir konnten den Gebrauch von zwei K-führenden Sulfaten (Polyhalit und Langbeinit) zur Datierung wichtiger Überprägungsereignisse nach der Ablagerung in Evaporitabfolgen demonstrieren. In Gesteinsabfolgen ist Polyhalit zwischen nahezu Oberflächentemperaturen und ca. 250 300 C stabil, während Langbeinit bei höheren Temperaturen aus dem Zerfall von Polyhalit gebildet wird, aber nur selten gefunden wird. Altersdatierungen von Langbeinit des permischen Zechsteins (Ablagerungsalter: ca. 255 250 Millionen Jahre vor heute) in Deutschland ergaben, dass dieses Mineral während plastischer Verformungsereignisse zwischen 150 und 136 Millionen Jahre vor heute gebildet wurde, in Übereinstimmung mit anderer geologischen Evidenz. In den Alpen ist Langbeinit selten. Das Vorkommen von Hall in Tirol zeigt eine rasche Versenkung und diagenetische/metamorphe Bildung von Langbeinit um ca. 241 Millionen Jahre vor heute an, immerhin ca. 10 Millionen Jahre nach Bildung der Evaporitabfolge. Datierung von Polyhalit erlaubt das Erkennen von einigen Ereignissen nach der Ablagerung, die auch in einer großen Variation von Mikrogefügen resultierten. Die neuen Daten zeigen die Bildung durch Fluid-Gesteinswechselwirkung während krustaler Dehnungsereignisse (ca. 235 230 Ma und ca. 210 Millionen Jahre vor heute) und Scherung während Extension (um ca. 200 und 160 Millionen Jahre vor heute) und Verkürzung (um ca. 135 bis 140 Millionen Jahre vor heute) an. Die Gesteine wurden schließlich durch ein thermisches Ereignis zwischen 45 und 35 Millionen Jahre vor heute nochmals überprägt. Diese neuen Daten erlauben deshalb eine viel detailliertere Einsicht in tektonische Prozesse von Evaporitabfolgen als es bisher möglich war. Evaporitmélangen werden oft durch die Überprägung verkürzender Strukturen eines Falten- Überschiebungsgürtels auf eine vorhergehende Floss(=Raft-)tektonik in einem passiven Kontinentalrand gebildet. Wir entwickelten Kriterien, um zwischen den Strukturen dieser beiden gegensätzlichen tektonischen Bildungsorten zu unterscheiden. Wir entwickelten auch Methoden zur Textur- und Mikrogefügentwicklung von Steinsalz und verschiedener Sulfate. Diese inkludieren ein neues Steinsalzpaläopiezometer, welches die extrem rasche plastische Deformation des Steinsalzes in Alpinen Salzlagerstätten, die bis heute anhält, erlaubt. Die Resultate des Projektes erlauben daher, das Erkennen früher Strukturen in Evaporitabfolgen in Gebirgen und Plattformgebieten, die Bewertung der Langzeitstabilität von Diapiren, welche als Lagerstätten für radioaktiven Müll dienen, und das zukünftige Potenzial von Polyhalit als Mineraldünger zu bewerten. Die Polyhalitdatierungsmethode wird wohl auch eine Datierung von sulfatischen Sedimentgesteinen auf dem Planeten Mars erlauben.