Project

Discipline

miarolitic cavities; magmatic-hydrothermal transition; analytical geochemistry; Molybdenum isotope fractionation; element distribution coefficients; aqueous fluid inclusions; melt inclusions; LA-ICP-MS

Lead
Die Elementverteilung zwischen Restschmelze und wässriger, fluider Phase in fortgeschrittenen Stadien der Kristallisation von Magmen in der Erdkruste sind entscheidend für magmatisch-hydrothermale Prozesse und stehen am Anfang der Bildung von grossen Cu-Au-Mo-Sn-W Erzlagerstätten. Dieses Projekt beabsichtigt, diese Verteilung für >25 Elemente zu quantifizieren, basierend auf LA-ICP-MS Analytik von kogenetischen Flüssigkeits- und Schmelzeinschlüssen. Exzellentes Probenmaterial wird bei Feldarbeit im Torres del Paine Intrusionskomplex gesammelt, einer seichten Intrusion, die als Analog zu subvulkanischen Magmenkammern verstanden werden kann, dem Ursprungsort solch erzbildender hydrothermaler Fluide. Zudem ist beabsichtigt, die Isotopenfraktionierung von Mo in diesem Milieu zu quantifizieren, was einen essentiellen Beitrag zum besseren Verständnis des globalen Mo Zyklus geben wird.
Lay summary
Die progressive Kristallisation von Magmen in subvulkanischem Milieu assoziiert mit kollidierenden Plattenrändern führt schliesslich zur Sättigung einer wässrigen, salzhaltigen Phase in der Restschmelze. Dieses so genannte magmatisch-hydrothermale Fluid hat das Potential, im subvulkanischen Milieu grosse Metalllagerstätten zu bilden, vorab Cu, Mo, W, Sn und zum Teil auch Au, Ag. Diese Erzmetalle werden dem kristallisierenden Magma effizient durch die Fluid-Entmischung entzogen, was also als Auslöser dieser Erzlaberstättenbildung verstanden werden kann. Dieses Projekt beabsichtigt auf Basis von natürlichen Proben aus der Torres del Paine Intrusion (Patagonien), die Verteilungskoeffizienten von <25 Elementen bei dem Stadium der Fluid-Entmischung zu quantifizieren. Dazu werden koexistierende Flüssigkeits- und Schmelzeinschlüsse, welche in Quarzkristallen aus myarolitischen Hohlräumen bei deren Wachstum bei rund 800 °C eingeschlossen wurden, mittels LA-ICP-MS und weiteren Techniken analysiert. Solch quantitative Daten sind bis heute Mangelware. Die Resultate leisten somit einen wertvollen Beitrag zum besseren Verständnis der Bildung von magmatisch-hydrothermalen Erzlagerstätten und können dadurch entscheidend beitragen zur fortwährenden Versorgung mit diesen für die Gesellschaft essentiellen Metallen. Ein weiterer Aspekt betrifft die Quantifizierung der Mo Isotopenzusammensetzung und deren Fraktionierung während dieser Fluid-Entmischung. Diese neuen Daten dienen der globalen Mo Isotopensystematik, ein wertvolles geochemisches Werkzeug, um die Geschichte der Bildung freien Sauerstoffs in der Atmosphäre vor rund 2500 Millionen Jahren besser zu verstehen. Dies ist schliesslich eine der Grundlagen des meisten Lebens auf unserem Planeten, wie wir es kennen.

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Last update: 03.04.2015

Number	Title	Start	Funding scheme

In the evolution of igneous systems the magmatic-hydrothermal transition is the stage where specific elements get mobilized by partitioning into an aqueous fluid exsolving from crystallizing magmas. Knowledge of fluid/melt partition coefficients is thus essential to quantify the mass transfer of elements from magmas into diverse geological environments, including the subvolcanic realm where magmatic-hydrothermal ore deposits may form or into the atmosphere via quiet or violent volcanic degassing.This project proposes to quantify, in the subvolcanic magmatic environment, (i) element distribution coefficients between residual melt, minerals, and aqueous fluids for well over 25 elements, from Li to U, and (ii) Mo isotope fractionation between residual silicate melt, minerals and exsolving aqueous fluids. Focus is on the Torres del Paine igneous system that documents - at excellent outcrop conditions - diverse features of fluid saturation. These include pegmatoid to frothy zones and miarolitic cavities within the intrusive bodies that record hydrothermal processes from ~750 down to ~300 °C that appear not to have communicated with the rocks hosting the intrusions. Coexisting silicate melt and aqueous fluid inclusions, minerals and coexisting liquid-vapour fluid inclusions will be analyzed by detailed microscopy, Raman spectroscopy, LA-ICP-MS, EPMA, SIMS, and by liquid sample MC-ICP-MS techniques. The new partitioning data shall be interpreted in light of intensive parameters, e.g., fO2, fluid chlorinity at exsolution, concentration of other volatiles (F, S), and melt composition (e.g., aluminum saturation index, Cl/H2O concentration ratio) of which some have already been tightly constrained thanks to diverse research initiatives during the past years.Our recent finding of prominent Mo isotope fractionation during igneous differentiation up to and including fluid exsolution awaits confirmation by direct analysis of coexisting fluid and melt fractions (available in fluid and melt inclusions). Because fayalite is stable in the miarolitic cavities, fluid - ferrous silicate mineral d98Mo can also be quantified (note that common cavity minerals like quartz and feldspars do not host Mo).This project and future research initiatives in this direction are considered to be essential for our better understanding of how magmatic volatiles play their central role in the transport of chemical components between active magmatic systems and diverse geologic environments and, more specifically, what the decisive parameters are for the formation of magmatic-hydrothermal ore deposits.