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Zeit messen mit Mineralen: RUB-Petrologen lesen Wanderwege des Magmas aus abgekühlten Gesteinen aus

08.05.2013
Elementverteilungen erlauben Einblicke in schnelllebige geologische Prozesse

Wie Magma wandert, wann sich das Himalaja-Gebirge bildete und wie bestimmte Meteoriten entstanden, untersuchen Bochumer Petrologen mit einer am Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik etablierten Methode.

Anders als mit herkömmlichen Verfahren, können sie damit auch schnelllebige geologische Prozesse untersuchen, die in der fernen Vergangenheit liegen. Ihre geologische Uhr basiert auf der Diffusion verschiedener Elemente in Mineralen. Prof. Dr. Sumit Chakraborty und Dr. Ralf Dohmen berichten in RUBIN, dem Wissenschaftsmagazin der Ruhr-Universität.

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Den vollständigen Beitrag mit Bildern finden Sie im Internet unter:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/rubin/rubin-fruehjahr-13/beitraege/beitrag2.html

Diffusion in Gesteinen

Üblicherweise datieren Geowissenschaftler das Alter eines Gesteins anhand von radioaktiven Isotopen; die RUB-Forscher nutzen die sogenannte Diffusionschronometrie. Abhängig von den Entstehungsbedingungen enthalten Minerale unterschiedliche Elemente, zum Beispiel Eisen und Magnesium, die nicht gleichmäßig im Gestein verteilt sind. Diese Konzentrationsunterschiede gleichen sich aber im Lauf der Zeit durch Diffusion aus. Je höher die Temperatur, desto wahrscheinlicher ist es, dass sich die Elemente im Gestein bewegen. Wie schnell ein bestimmtes Element in einem Mineral wandert, beschreiben die Bochumer Wissenschaftler anhand des Diffusionskoeffizienten, den sie mit einem eigens am Lehrstuhl entwickelten Verfahren messen.

Minerale mit Gedächtnis

Im Inneren von Vulkanen bilden sich Kristalle, die je nach äußeren Bedingungen, etwa Druck und Temperatur, unterschiedliche Elementverteilungen besitzen. Machen die Kristalle in unterschiedlichen Umgebungen – zum Beispiel verschiedenen Magmenkammern – mehrere Wachstumsschübe durch, besitzen sie anschließend mehrere Zonen mit verschiedenen Elementverteilungen. Bei den Temperaturen an der Erdoberfläche findet so gut wie keine Diffusion in Mineralen statt. Bricht also Magma aus einem Vulkan aus, kommen die Diffusionsprozesse in den Kristallen zum Erliegen. Die Elementverteilung wird „eingefroren“. Das so entstandene Mineral enthält quasi ein Gedächtnis für die Bedingungen im Inneren des Vulkans vor dem Ausbruch.

Die Wanderwege des Magmas durch das Innere der Erde verfolgen
Unter anderem anhand des Diffusionskoeffizienten simulieren die Forscher die nach dem Ausbruch beobachtete Elementverteilung. Mit diesem Computermodell berechnen sie, wie lange sich die Kristalle in einer bestimmten Umgebung aufgehalten haben. So lassen sich die Kristallwachstumsschübe vor einem Ausbruch rekonstruieren und mit an der Oberfläche gemessenen Daten in Zusammenhang bringen. Während der aktiven Phase des Ätna auf Sizilien von 1991 bis 1993 hielt sich das Magma in mindestens drei verschiedenen Umgebungen auf, bevor es an die Oberfläche trat. Im Dezember 1990, vor dem Beginn der Eruption, kam es an der Erdoberfläche zu erhöhtem Schwefeldioxid-Gasfluss und verstärkter Deformation des Bodenuntergrunds. Die RUB-Analyse ergab, dass zeitgleich ein neues Kristallwachstum begann und frisches Magma aus dem tieferen Reservoir in die darüber liegenden Magmenkammern wanderte. Zum ersten Mal stellten die Forscher damit eindeutig einen direkten Zusammenhang zwischen den Vorgängen in der Magmenkammer und den physikalischen Vorgängen an der Erdoberfläche her. Das hilft, Überwachungssignale im Hinblick auf die Prozesse in dem Versorgungssystem des Ätna besser zu interpretieren.

Themen in RUBIN

In RUBIN finden Sie außerdem folgende Themen: Memoria Romana - das Gedächtnis des alten Rom erforschen; Welche Rolle spielen Proteine bei der Krebsentstehung?; Piraten im Mittelmeer: Gefahr von hoher See; Grübeln: Wenn sich die Gedanken im Kreis drehen; Parkinson: Monotone Märchen verraten Schluckstörungen; Bauchfellkrebs: Mehr Lebensqualität für hoffnungslose Fälle?; Vietnam: Die Bergbaulandschaft neben dem Urlaubsparadies; Mit Argusaugen in der Energieforschung; Organspende: Vertrauen verspielt. RUBIN ist in der Stabsstelle Strategische PR und Markenbildung der Ruhr-Universität zum Preis von 4,- Euro erhältlich (Tel. 0234/32-22830).

Weitere Informationen

Dr. Ralf Dohmen, Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Fakultät für Geowissenschaften der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24394, E-Mail: Ralf.Dohmen@rub.de

Prof. Dr. Sumit Chakraborty, Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Fakultät für Geowissenschaften der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24395, E-Mail: sumit.chakraborty@rub.de

Redaktion: Dr. Julia Weiler

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de

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