Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

stark richtungsabhängig ist. Unsere Studien belegen, dass
der Einbau der Wasserstoffatome an Leerstellen auf dem
M1 Oktaederplatz gekoppelt ist (Abb. 4.24). Experimentelle
Studien lassen vermuten, dass Olivin, der in noch größeren
Tiefen gebildet wurde, das 10- bis 20-fache dieser
Wassergehalte aufweist.
Die zweite Studie beschäftigt sich mit der Synthese, Kristallchemie
und Stabilität von Superhydrous Phase B,
Mg 10Si 3O 14(OH) 4, einer potentielle Phase im tiefen Erdmantel
(Koch-Müller et al., 2005). Zusammen mit Kollegen
am Geophysical Laboratory der Carnegie Institution of
Washington, D.C. synthetisierten wir Superhydrous Phase
B (shy B) bei 22 GPa und Temperaturen von 1.200 und
1.400 °C. Wir konnten zeigen, dass shy B in zwei verschiedenen
Modifikationen existiert. Bei hohen Temperaturen
(1.400 °C) bildet sich eine ungeordnete Struktur hinsichtlich
der Verteilung der Kationen und Wasserstoff, die bei niedrigeren
Temperaturen (1.200 °C) in eine stark geordnete
Struktur übergeht. Abb. 4.25 zeigt Infrarot-Spektren der
stark geordneten Struktur. Sie belegen, dass Wasserstoff im
Gegensatz zur ungeordneten Struktur in mehr als einem
Strukturplatz eingebaut wird. An Hand der Richtungsabhängigkeit
der Intensität der Absorptionsbanden entwickelten
wir ein Modell für den Einbau von Wasserstoff in diese
Struktur (Abb. 4.25). Der Wassergehalt dieser möglichen
Phase des tieferen Erdmantels beträgt 5 bis 6 Gew.% H 2O.
Es ist nun die Aufgabe der Geomaterialforschung, diese
sehr wasserreiche Phase als mögliche Einschlüsse in Diamanten
oder auch Zirkon in Kimberliten zu finden. Dies
wäre ein sehr wichtiger Schritt hin zum besseren Verständnis
geodynamischer, vom Wassergehalt beeinflusster
Prozesse im Erdmantel.
Datierung alter Krustenwässer mit Edelgasen
Am GFZ wurde eine on-line Entgasungsanlage für die
quantitative Extraktion von in Wasserproben gelöster
Edelgase weiterentwickelt und neu aufgebaut.
Mit der anschließenden massenspektrometrischen
Bestimmung der im
Wasser gelösten radiogenen, nukleogenen
und fissiogenen Edelgasisotope 4 He,
20, 21, 22 Ne, 36, 38, 40 Ar, 84, 86 Kr und 129, 132, 134, 136 Xe
Abb. 4.25: Polarisierte Einkristall-Spektren
der OH-Banden in shy B (1.200 °C)
(links). Sie zeigen, dass im Gegensatz zur
ungeordneten Phase, in dieser stark
geordneten Phase Wasserstoff in mehr als
einem Strukturplatz eingebaut ist. Projektionen
der Orientierungen der OH-
Gruppen in der geordneten Phase
(rechts).
Polarised single crystal spectra of the
OH-bands of shy B (1200 °C) showing
that hydrogen is incorporated in more
than one site (left). Projections of the proposed
orientations of the OH groups in
the strongly ordered sample (right).
Abb. 4.24: Teil der Olivinstruktur mit den in dieser Studie
lokalisierten Wasserstoffatomen (schwarze Kugeln). Der
Wasserstoffeinbau steht in Verbindung mit Leerstellen auf
M1 und die Atome können sowohl an O(2) als auch an
O(1) Sauerstoffe gebunden sein.
Part of the olivine structure showing the proposed hydrogen
atoms (black balls) associated with vacant M1 sites
and bonded to O(2) and to O(1) oxygens.
kann z. B. die Verweilzeit der Wässer im Untergrund
bestimmt werden. Der Zeitrahmen dieser Datierungsmethode
erstreckt sich hierbei von ca. tausend bis zu mehreren
Milliarden Jahren. In der Praxis wurden Wässer von
bis zu einigen zehner Millionen Jahren untersucht. Die
zusätzliche Edelgasgehaltsbestimmung in Porenfluiden
frisch erbohrter Gesteine ermöglicht auch den Zugang zu
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
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