Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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Die zeitaufgelösten Messungen der Zr-, U- und Pb-
Konzentrationen im Fluid erfolgten in situ bei Temperaturen
zwischen 200 und 500 °C und Drücken zwischen
2 und 500 MPa mit einer am GFZ Potsdam gebauten
speziellen hydrothermalen Diamantstempelkammer
und Synchrotronstrahlungs-Röntgenfluoreszenzanalysen
(SY-RFA) (Abb. 4.11). Die Messungen wurden an der
SY-RFA-Mikrosonde des Hamburger Synchrotronstrahlungslabors
(HASYLAB) am Deutschen Elektronensynchrotron
(DESY) durchgeführt. An der Cornell High
Energy Synchrotron Source, (Ithaca, New York, USA)
wurde speziell für In-Situ-Experimente mit hydrothermalen
Diamantstempelkammern eine Kapillare mit langem
Arbeitsabstand zur Verstärkung der Flussdichte und zur
Fokussierung des Synchrotron-Röntgenstrahls auf 11 µm
Abb. 4.12: Rekristallisation von ursprünglich stark metamiktem
Zirkon (Probe N17) in H 2O+HCl. a) bis c) Probenkammer
(Durchmesser ≈ 300 µm) einer hydrothermalen
Diamantstempelzelle während eines Heizversuchs mit
stark metamiktem Zirkon N17 in 3,8 m HCl. Bei 300 °C
ist im mikroskopischen Bild eine rasche Verfärbung der
ursprünglich fast farblosen und isotropen Zirkonprobe
erkennbar, welche deutlich das Einsetzen massiver Rekristallisation
anzeigt. d) Elektronenbeugungsbild des amorphen
Ausgangsmaterials. e) Elektronenbeugungsbild und
f) TEM-Bild derselben Probe nach Rekristallisation in
7,0 m HCl bei 450 °C. g) Raman-Spektren von Zirkon N17
bei 22 °C vor und nach Rekristallisation in H 2O+HCl im
Vergleich mit dem Raman-Spektrum eines synthetischen
Zirkon-Einkristalls. Zuordnung der Ramanbanden:
v 2(SiO 4) – symmetrische SiO 4-Biegeschwingung, v 3(SiO 4)
– antisymmetrische SiO 4-Streckschwingung. Die Halbwertsbreite
(FWHM) insbesondere der v 3(SiO 4)-Ramanbande
hängt von der Nahordnung ab und wird mit zunehmender
Metamiktisierung größer. Die Bande bei ≈ 425 cm –1
(Pfeil) kann weder Zirkon, monoklinem oder tetragonalem
ZrO 2, noch Quarz zugeordnet werden.
Recrystallisation of initially strongly metamict zircon
(sample N17) in H 2O+HCl. a) to c) Plan view of the sample
chamber (diameter ≈ 300 µm) of a hydrothermal diamond-anvil
cell during heating of zircon N17 in 3.8 m HCl.
Optically, the onset of massive recrystallisation is recognizable
by rapid darkening of the previously almost colorless
and isotropic sample at 300 °C. d) Electron diffraction
pattern of the amorphous starting material, e) Electron
diffraction pattern and f) TEM image of zircon N17
after recrystallisation in 7.0 m HCl at 450 °C. g) Raman
spectra of zircon N17 at 22 °C before and after recrystallisation
in H 2O+HCl. A spectrum of fully crystalline synthetic
zircon is given for reference. Assignment of Raman
bands: v 2(SiO 4) – symmetric SiO 4 bending, v 3(SiO 4) – antisymmetric
SiO 4 stretching. The full width at half maximum
(FWHM) particularly of the v 3(SiO 4) Raman band is a
function of short-range order and increases with metamictisation.
The origin of the shoulder at ≈ 425 cm –1 (thick
arrow) is unknown. It cannot be assigned to zircon, quartz,
and monoclinic or tetragonal ZrO 2.
entwickelt und angefertigt. Damit konnten am SY-RFA-
Messplatz des HASYLAB für solche Versuche die unteren
Nachweisgrenzen für Zr, U und Pb um eine Größenordnung
auf 1 bis 5 ppm gesenkt werden.
Nach den Hydrothermalversuchen wurden der verbleibende
amorphe Anteil und die Korngröße der rekristallisierten
Zirkone mittels Raman-Spektroskopie und Transmissions-Elektronenmikroskopie
bestimmt (Abb. 4.12).
Der ursprünglich fast amorphe Zirkon N17 rekristallisierte
in H 2O-HCl-Fluiden bei etwa 280 bis 300 °C
(Abb. 4.12a-c). Die Rekristallisation bewirkte einen starken
Abfall der Zr-Konzentration im Fluid, wohingegen aus
dem metamikten Zirkon gelöstes U und Pb nicht wieder
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam