Bromkonzentrationen in einem heterogenen Erdmantel

Flüchtige Elemente haben einen großen Einfluss auf geologischen Prozessen im Erdmantel und der Erdkruste. Sie beeinflussen beispielsweise die Viskosität von Gesteinsschmelzen und dadurch die Art von Vulkanausbrüchen. Auf globaler Ebene können sie zudem die Konvektionsströme im Erdmantel maßgeblich beeinflussen. Die schweren Halogene Chlor, Brom und Iod, sind besonders wichtig für unser Verständnis von flüchtigen Elementen, da sie aufgrund ihrer einzigartigen chemischen Eigenschaften hervorragende Tracer für deren Verteilung und Transport im Erdmantel sind. Zudem erlauben sie Rückschlüsse auf die Rückführung flüchtiger Elemente in Subduktionszonen von der Erdoberfläche in den Mantel. Trotz ihrer Bedeutung ist das Wissen über die Menge und Verteilung von Brom und Iod im Erdmantel jedoch stark begrenzt. Dies liegt an ihrer extrem geringen Konzentration in den Hauptmineralen des oberen Erdmantels sowie an einem Mangel an präzisen Daten, die ihr Verhalten während geologischer Prozesse, wie der Bildung von Teilschmelzen, beschreiben. Diese Wissenslücken erschweren es, die Rolle der Halogene im globalen Kreislauf flüchtiger Stoffe vollständig zu verstehen. Dieses Forschungsprojekt hat daher das Ziel die Hauptminerale zu identifizieren, die Brom in den Gesteinen des oberen Erdmantel speichern. Darüber hinaus soll das Projekt maßgeblich dazu beitragen, die Verteilung und den Transport von Brom im Erdmantel und in Subduktionszonen besser zu verstehen und zu quantifizieren. Um diese Ziele zu erreichen und die extrem geringen Konzentrationen von Brom in Mineralen des Erdmantels präzise bestimmen zu können, sollen bekannte Analysemethoden neu kombiniert werden. Dabei werden die Proben zuerst mit Neutronen bestrahlt, um Brom in Krypton, ein Edelgas, umzuwandeln. Anschließend werden mittels eines UV-Lasers punktuell kleinste Mengen Probenmaterial abgetragen, die dann mittels Edelgas-Massenspektrometrie analysiert werden. Diese innovative Kombination von Analysemethoden wird es ermöglichen, den extrem niedrigen Bromgehalt in einzelnen Mineralen sowohl in natürlichen als auch in experimentellen Proben zu bestimmen. Die Analyse von natürlichen Proben wird dazu beitragen die Hauptträger von Brom im Erdmantel zu bestimmen. Weiterhin soll mit Hilfe von Hochdruck-Hochtemperatur Experimenten, welche die Bildung von Teilschmelzen im oberen Erdmantel simulieren, die Verteilung von Brom im Erdmantel bestimmt werden. Zudem soll untersucht werden, wie Brom in die Kristallstrukturen der wichtigsten Minerale des oberen Erdmantels eingebaut wird und welche Rolle Parameter wie Druck, Temperatur und chemische Zusammensetzung dabei spielen. Schließlich lassen sich aus den gewonnen Daten Rückschlüsse darauf ziehen, wie sich flüchtige Elemente als bedeutender Baustein für den Ursprung des Lebens in der noch jungen Erde angereichert haben.