Projekte

Mafische Magmen in Subduktionszonen stagnieren in verschiedenen Tiefen beim Aufstieg durch die kontinentale Kruste und die Prozesse der fraktionierten Kristallisation, Assimilation und Mischung bestimmen die Zusammensetzung der Magmen. Die Variation der Dichte der mafischen bis intermediären Magmen führt zum Lagenbau der kontinentalen Kruste, wobei mafische Magmen überwiegend in der unteren Kruste stagnieren. Sulfidsättigung in den mafischen Magmen führt vermutlich zu einer Verarmung von chalcophilen Elementen wie Cu und Au in der oberen Kruste. In diesem Projekt sollen Gesteine und Sulfide von zwei mafischen bis ultramafischen Intrusionen im Svecofennischen Vammala Ni-Cu Gürtel in Südfinnland untersucht werden, um die Entwicklung von Magmen und assoziierten magmatischen Sulfiden an einer Proterozoischen Subduktionszone zu bestimmen. Die Ergebnisse werden wichtige Einblicke in die Prozesse der fraktionierten Kristallisation und die Wichtigkeit von Assimilationsprozessen bei der Sulfidsättigung von Magmen sowie der Fraktionierung von chalcophilen Elementen ergeben. Da die Ozeane während des Proterozoikums vermutlich anoxisch und sulfidisch waren, waren die Magmen an Subduktionszonen in dieser Zeit möglicherweise ebenfalls reduzierter als die im Phanerozoikum. Wir wollen prüfen, ob es in den Mineralen der Vammala Gesteine Hinweise auf reduzierendere Bedingungen in den Magmen als in heutigen Subduktionsgesteinen gibt und inwieweit diese Bedingungen die Magmenentwicklung und den Transport von Metallen beeinflussen.

Nichtmischbare Sulfidschmelzen sind in der ozeanischen Kruste als magmatische Sulfide erhalten und zeichnen die Entwicklung von S und chalkophilen Elementen im magmatischen System auf. Neuste Ergebnisse zeigen systematische Unterschiede in deren Mineralogie und Chemie zwischen konvergenten und divergenten Plattengrenzen, die Prozesse die hierfür verantwortlich sind, sowie deren Einfluss auf die Verteilung chalkophiler Elemente sind jedoch weitestgehend unbekannt. Faktoren die die Löslichkeit von S in Silikatschmelzen kontrollieren beinhalten: (1) Temperatur, (2) Druck, (3) Sauerstofffugazität und (4) Fraktionierungsgrad. Die Bedingungen bei der Aufschmelzung des oberen Mantels und der Differentiation von Magmen in der Kruste unterscheiden sich zwischen Mittelozeanischen Rücken und Subduktionszonen, der Einfluss dieser Prozesse auf die Verteilung von S, Metallen und Halbmetallen in Magmen ist jedoch schlecht verstanden. Diese Prozesse kontrollieren die Entwicklung und den Kreislauf von S und chalkophilen Elementen in der ozeanischen Lithosphäre, die Zusammensetzung hydrothermaler Sulfide am Meeresboden, die Bildung der kontinentalen Kruste, die Zusammensetzung von vulkanischen Gasen und möglicherweise von epithermal-porphyrischen Lagerstätten.

Diese Fragen sollen im Rahmen des Projekts bearbeitet werden, indem der magmatische Fluss von Metallen und Halbmetallen (z.B. Co, Ni, Cu, Se, Ag, Te, PGE, Au, Bi) durch die ozeanische Lithosphäre an Mittelozeanischen Rücken und ozeanischen Subduktionszonen untersucht wird. Neuste Methoden ermöglichen es die Spurenelementgehalte in magmatischen Sulfiden aus allen Abschnitten der ozeanischen Lithosphäre erstmals aus einer globalen Perspektive und unter Berücksichtigung des plattentektonischen Milieus und der zeitlichen Entwicklung des Systems zu messen. Proben die die initiale Phase ozeanischer Spreizung beim Zerbrechen eines Kontinents, sowie heutige vulkanische Aktivität an Mittelozeanischen Rücken dokumentierend ermöglichen es zusammen mit einer Abfolge von den jüngsten Laven am Meeresboden zu den ältesten am Übergang zu den Sheeted Dykes, die zeitliche Entwicklung des magmatischen Systems in hoher Auflösung zu untersuchen. Hierfür ist eine kontinuierliche Beprobung vom oberen Lithosphärenmantel bis in die oberste Kruste notwendig, was nur mit Bohrkernen aus DSPD, ODP und IODP Expeditionen möglich ist. Wir haben entsprechende Bohrkerne identifiziert und zusammen mit Proben vom Meeresboden und aus alter ozeanischer Lithosphäre (z.B. Troodos Ophiolith) kann ein vollständiges Spektrum von Perdiotiten des oberen Mantels, Grabbros der unteren Kruste, Sheeted Dykes und Laven basaltischer bis rhyolitischer Zusammensetzung untersucht werden. Magmatische Sulfide sind in vielen dieser Proben bekannt. Durch diesen Ansatz können erstmals Modelle entwickelt werden die den magmatischen Kreislauf chalkophiler Spurenelemente durch die gesamte ozeanische Lithosphäre an konvergenten und divergenten Plattengrenzen abbilden.

Die Versorgung von kritischen und energie-kritischen Elementen für die Energiewende wird zu einer immer größeren Herausforderung. Viele dieser Metalle und Halbmetalle werden hauptsächlich als Nebenprodukt gewonnen und sind somit stark von den Hauptabbauprodukten abhängig. Der beträchtliche Einfluss dieser Elemente auf den Energie- und Wirtschaftssektor der Europäischen Union macht sie strategisch bedeutend. Daher muss die Abhängigkeit von Ländern wie China reduziert werden um die Rohstoffversorgung zu sichern, da politische Spannungen den Import beeinträchtigen können, was zu Versorgungsengpässen führen kann. Folglich muss der europäische Kontinent auf Anreicherungen wirtschaftlich wichtiger Elemente neu untersucht werden.

Thrakien in NE Griechenland stellt ein Beispiel für solch eine Zone mit hohen Gehalten an Metallen und Halbmetallen (z. B. Cu, Ga, Ge, Se, Mo, Sb, Te, Re, Au and Bi) dar. Die Lagerstätten treten in unterschiedlicher Krustentiefe auf, von porphyrischen Systemen in der direkten Umgebung einer Magmenkammer zu epithermaler Mineralisation bis zur Oberfläche. Regionale Unterschiede in der Mineralogie der Lagerstätten wurden beschrieben, die erzbildenden Prozesse der porphyrisch-epithermalen Systeme sind aber insbesondere im Hinblick auf die Spurenelementchemie schlecht verstanden. Die magmatischen und hydrothermalen Voraussetzungen, die zur Bildung eines solchen mineralisierten Vulkanbogens führen sind umstritten, aber essentiell um neue Anreicherungen von Spurenmetallen in der kontinentalen Kruste zu identifizieren. 

Die Metall- und Halbmetallzusammensetzung von plutonischen und vulkanisch/sub-vulkanischen Gesteinen wird neue Ergebnisse zu den magmatischen Prozessen in der tieferen Kruste und während des Magmenaufstiegs liefern; Bereiche wo es zur Bildung porphyrisch-epithermaler Systeme kommen kann. Dies ermöglicht es Prozesse der Magmenentgasung und Sulfidsättigung sowie Segregation, als Vorkonzentrat in der mittleren bis unteren Kruste, als einen grundlegenden Prozess für die Mineralisation in kontinentalen Vulkanbögen zu identifizieren. Pyrit oder Magnetit treten in allen wichtigen metallführenden Adern im flacheren Hydrothermalsystem auf. Hochauflösende Spurenelementanalytik an diesen Mineralen wird einen 3D-Einblick in die erzbildenden Prozesse geben, d.h. vertikal und lateral in der Kruste. Die (in situ) S Isotopie von hydrothermalem Pyrit wird zu einem besseren Verständnis der Interaktion des magmatischen und hydrothermalen Systems führen. Die kombinierte Untersuchung von magmatischen und hydrothermalen Prozessen macht diesen Antrag einzigartig und wird neue grundlegende Informationen über die Quelle, Fraktionierung und Ausfällung von S, Metallen und Halbmetallen liefern, wodurch die magmatischen und hydrothermalen Voraussetzungen für die Anreicherung von kritischen und energie-kritischen Elementen in einem mineralisierten kontinentalen Vulkansegment in Europa definiert werden können.

Tellur (Te) wurde von der Europäische Union als strategisches Element für den schnell wachsenden Sektor der erneuerbaren Energien definiert. Die Gewinnung von Te ist stark abhängig von anderen Metallen, insbesondere von Cu wo es als Nebenprodukt gewonnen wird, wodurch es kaum möglich ist die Te-Produktion unter aktuellen Verfahren zu erhöhen. Aufgrund der steigenden Nachfrage ist somit in naher Zukunft mit einer Te-Knappheit zu rechnen. 

Tellur kann in hydrothermalem Pyrit mit bis zu 8.000 ppm angereichert sein und tritt typischerweise zusammen mit anderen Spurenelementen, wie As und Au (bis zu 4,8 Gew. % und 11.000 ppm) auf. Pyrit bildet sich bei verschiedensten Fluidbedingungen, wie niedrigen und hohen Temperaturen, sowie unterschiedlichenfO2und pH-Zuständen. Die Spurenelementchemie von Pyrit kann somit genutzt werden um wichtige erzbildende Prozesse von Te zu definieren, die bis heute kaum bekannt sind. Aufgrund der weiten Verbreitung von Pyrit und seiner Fähigkeit Spurenmetalle anzureichern könnte die steigende Te-Nachfrage somit durch die Aufbereitung von Mineralen wie Pyrit gesichert werden. Über das Verhalten von Te während der Erzaufbereitung weiß man bisher nur wenig, wird Te allerdings nicht gewonnen, sondern liegt auf Halden vor ist es von ökotoxikologischer Relevanz. 

Diese Wissenslücken sollen im Rahmen des Projekts geschlossen werden. Hierfür werden epithermale und Carlin-Typ Lagerstätten untersucht; zwei Systeme die sich in ihrer Mineralisation unterscheiden und Te in wirtschaftlich relevanten Konzentrationen führen. Modernste Methoden werden verwendet um Te in Pyrit strukturell und chemisch bis hin zur Mikro- und Nanoebene zu charakterisieren. Dies ermöglicht es eine fundierte Methode zu entwickeln um zu unterscheiden ob Te im Kristallgitter oder als Einschluss in Pyrit vorkommt. Phasenquantifizierung kombiniert mit Mineral- und Gesamterzchemie ermöglichen es quantitativ zu zeigen, dass Pyrit einer der Hauptträger von Te in diesen Lagerstätten ist. Mittels Spurenelementkartierung lassen sich intrakristalline Variationen von Te (d.h. Zonierungen) in Pyrit quantitativ abbilden, womit die Bildungsprozesse der Te-Mineralisation abgeleitet werden können. Diese Ergebnisse können genutzt werden um ein neues mikroanalytisches Explorationsmittel für Te zu entwickeln. Hydrothermale Experimente unter kontrollierten Laborbedingungen erlauben es den Einfluss von Fluidparametern (z. B. Temperatur, pH, fO2) auf die Verteilung und den Einbau von Te in Pyrit zu bestimmen. Die Zusammensetzung von Pyrit, synthetisiert aus einem Fluid mit bekanntem Te-Gehalt, ermöglicht es die ersten Nernst-Verteilungskoeffizienten (KD) für Te im Pyrit-Fluid-System zu berechnen. Die Kombination von natürlichen und synthetischen Systemen machen es somit zum ersten Mal möglich eine quantitative Aussage über die Ausfällungsprozesse und den Einbau von Te in Pyrit zu treffen; ein allgegenwärtiges Mineral, dass ein Element von steigendem wirtschaftlichen Interesse führt.

Vulkanische Gesteine, die im Rahmen der INDEX 2019 Ausfahrt unter der Leitung der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe gewonnen werden, sollen in dem Projekt am GeoZentrum Nordbayern (GZN) geochemisch analysiert werden. Die Daten werden von Wissenschaftlern des GZN interpretiert und die vulkanischen Prozesse im Zusammenhang mit den hydrothermalen Austritten am Zentralindischen Rücken und am SE Indischen Rücken bestimmt.

The volcanic flux at the Hawaiian hotspot generally increased over the last 30-80 Ma, with second-order variations over 10~15 Ma. This significant increase remains unexplained by classic plume theory, which predicts that a plume-head stage with massive volcanic activity is followed by a plume-tail stage with ever decreasing activity. In particular, 25-30 Ma ago there was a sharp increase in the Hawaiian volcanic flux by a factor ~4 that appears to be associated with an increase in Pacific plate motion from ~60 km/Ma to ~100 km/Ma.At about the same time there was a surge across the South Pacific of young low-volume hotspot tracks. It is unclear from our understanding of the poorly sampled Hawaiian track if these volcanic flux variations are related to speed up of the Pacific plate or to pulsations of the Hawaiian plume. In order to explain the coupled observations of faster plate speed and increased volcanic flux we aim to explore three young, relatively low-volume Pacific hotspot tracks. High–precision geochronological data for multiple hotspot tracks is the only way of extracting fundamental new information from the intraplate record about the poorly-sampled young end of the Hawaiian hotspot track. We propose to determine high-precision ages using the next generation of multi-collector mass spectrometer for 111 samples from the Foundation, Easter and Pukapuka-Rano Rahi volcanic tracks. We will use these new data to (1) pinpoint the timing of Pacific plate-speed increases and variations in hotspot volcanic flux, and (2) understand the underlying mechanisms controlling volcanic flux variations at Pacific hotspots.

Der Rio Grande Rise (RGR) besteht aus einem umfangreichen Plateau und einer ausgedehnten Seamount Provinz im SW Atlantik und wurde bisher für eine Large Igneous Provinz gehalten, die sich durch magmatische Aktivität des Tristan-Gough Mantelplumes auf der Südamerikanischen Platte gebildet hat. Allerdings zeigen neue Untersuchungen, dass der RGR ein Stück kontinentaler Kruste sein kann, das während der Öffnung des Südatlantiks geriftet und vom südamerikanischen Kontinent nach Osten bewegt wurde, so daß das Plume-Modell überflüssig wäre. Hier schlagen wir eine kombinierte seismische, geochemische, geo- und thermochronologische Untersuchung der Erdkruste des RGR vor, um die Hypothese eines von tektonischen und magmatischen Prozessen überprägten Kontinentsplitters zu testen. Dabei sollen die 1000 km langen Rift- und Vulkanstrukturen des RGR und der Jean Charcot Seamounts nach Anzeichen von Mantelplume-Aktivität und dem Bildungsalter der Gesteine untersucht werden. Mit diesen Daten kann der relative Anteil von kontinentaler und ozeanischer Kruste am RGR sowie die Mächtigkeit, das Alter und die Herkunft vulkanischer Gesteine bestimmt werden. Die Ergebnisse werden wichtige Erkenntnisse für das Verständnis des Aufbrechens von Kontinenten und der Bildung von Ozeanbecken sowie der Rolle von Mikrokontinenten bei der Bildung von Hotspot-Spuren liefern.

Ozeanische Inselbögen zeigen eine Entwicklung mit verschiedenen tektonischen Phasen, die durch die Bildung und Eruption unterschiedlicher Magmen gekenzeichnet sind. Boninite haben eine ungewöhnliche chemische Zusammensetzung und treten offenbar typischerweise in der frühen Entwicklungsphase von Inselbögen auf, wobei sie sich sich bei der Aufschmelzung von sehr verarmtem Mantel bilden.   Eines der Hauptziele des vorgeschlagenen Projekts ist die stratigraphische Beprobung von Krustenprofilen an Abschiebungen des NE Tonga Rückens und Lau Backarc Beckens wo Boninite offenbar sehr häufig auftreten. Laven der nördlichen Tonga Inseln haben ungewöhnliche Zusammensetzungen, die eine starke Verarmung des Mantels und eine Anreicherung durch Fluide anzeigen, während Laven im Backarc teilweise einen Einfluss des Samoa Mantelplumes widerspiegeln. Der Vulkan Niuatahi im Lau Backarc zeigt eine sehr ungewöhliche Struktur und ist umgeben von jungen Lavaströmen und vulkanischen Rücken, die bis zum NE Lau Backarc Spreizungsrücken reichen, so dass hier die Magmenbildung und Mischungsproesse vom Inselbogen bis zum Backarc untersucht werden kann. Wir schlagen eine Beprobung der Vulkane im Inselbogen und im Backarc in dieser Region vor, um die verschiedenen Mantelquellen zu definieren und die Dynamik und die Schmelzprozesse des Mantelkeils zu bestimmen. Die jungen Vulkane in dieser Region zeigen sehr verbreitete hydrothermale Aktivität sowie massive Entgasungsprozesse, die die genauere Untersuchung des Eintrags von magmatischen Volatilen und Metallen in die hydrothermalen Fluide und Präzipitate erlauben. Wir wollen diese verschiedenen Fluidaustritte beproben, um die Parameter des magmatischen Eintrags und der Wassertiefe auf die Fluide, die Ausfällungen und die Ventfauna zu bestimmen.

Andesite magmas at active continental margins may form due to assimilation-fractional crystallization processes from basaltic mantle melts or due to direct partial melting of unusual mantle rocks resulting, for example, from mixing of sediment melts with peridotite. Magmas of the Aegean Arc indicate a reaction of the melts with the crust during the ascent as well as a strong input of sediment into the melting zone of the mantle wedge. These different mixing processes are difficult to define in most rocks and require detailed studies of melt (glass) and mineral compositions. Thus, submarine lavas are best suited for a study of andesite formation because melts are quenched and their composition including volatile contents can be determined. The volcanoes of the western Aegean mainly erupted effusive lavas in domes and flows rather than showing explosive activity. We propose a cruise to the westernmost submarine volcano Paphsanias of the Aegean Arc that has not been studied petrologically and geochemically. We suggest studying and sampling this volcano using an ROV that will give us stratigraphic control of the samples. The ROV dives will allow determining the relative abundance of lavas and volcaniclastic rocks and yield insights into the apparently different magma ascent and eruption processes in the western volcanoes. Given the young age of the Paphsanias volcano the crater may also show hydrothermal activity that we will be able to observe and sample using the ROV.Andesite magmas at active continental margins may form due to assimilation-fractional crystallization processes from basaltic mantle melts or due to direct partial melting of unusual mantle rocks resulting, for example, from mixing of sediment melts with peridotite. Magmas of the Aegean Arc indicate a reaction of the melts with the crust during the ascent as well as a strong input of sediment into the melting zone of the mantle wedge. These different mixing processes are difficult to define in most rocks and require detailed studies of melt (glass) and mineral compositions. Thus, submarine lavas are best suited for a study of andesite formation because melts are quenched and their composition including volatile contents can be determined. The volcanoes of the western Aegean mainly erupted effusive lavas in domes and flows rather than showing explosive activity. We propose a cruise to the westernmost submarine volcano Paphsanias of the Aegean Arc that has not been studied petrologically and geochemically. We suggest studying and sampling this volcano using an ROV that will give us stratigraphic control of the samples. The ROV dives will allow determining the relative abundance of lavas and volcaniclastic rocks and yield insights into the apparently different magma ascent and eruption processes in the western volcanoes. Given the young age of the Paphsanias volcano the crater may also show hydrothermal activity that we will be able to observe and sample using the ROV.

Hydrothermale Systeme mit dem Potential mineralische Lagerstätten von ökonomischer Bedeutung zu bilden, finden sich oft im Zusammenhang mit dem Rifting von Inselbogenkruste. Die grundlegenden Veränderungen in den strukturellen und magmatischen Rahmenbedingungen von der vulkanischen Front hinein in den Backarc bieten dabei die einzigartige Möglichkeit, die vielfältigen magmatischen und hydrothermalen Systeme (z.B. Hannington et al., 2005) in ihrer gesamten Bandbreite zu studieren. Im Rahmen des beantragten Forschungsprojektes wollen wir versuchen, Veränderungen in der Aufschmelzzone (physische Aufschmelzbedingungen und Mantelquellen) über diesen Bereich hinweg und deren Einfluss auf den Transport (bzw. die Anreicherung) von Metallen zu quantifizieren. Magmatische Volatile tragen zu den hydrothermalen und somit Erz-bildenden Fluiden bei, jedoch wird der grundlegende Einfluss von Oxidationszustand, Schwefelsättigung und magmatischer Entgasung auf die Metallkonzentration silikatischer Schmelzen nach wie vor diskutiert. Jenner et al. (2010, 2015) zeigten zum Beispiel die Bedeutung der Kristallisation von Magnetit für die Schwefelsättigung und das Verhalten der chalcophilen Elemente auf. Das Auftreten der sogenannten Magnetit-Krise ist möglicherweise jedoch auf spezielle physisch-chemische Rahmenbedingungen beschränkt (z.B. Kristallisation in einem geschlossenen System, spezieller Oxidationszustand, Schmelzzusammensetzung etc.) und sollte daher systematisch in verschiedenen magmatischen Systemen (z.B. im Übergang von der vulkanischen Front zum Backarc) und auf verschiedenen Größenskalen untersucht werden. In diesem Projekt wollen wir versuchen, die verschiedenen Einflüsse von Mantelquelle(n) und Aufschmelzbedingungen auf die Anreicherung von Metallen und Volatilen, sowie die geologischen Rahmenbedingungen für den Aufstieg von Schmelzen und Volatilen zu entwirren. Dies soll auf einer räumlichen Größenordnung geschehen, wie sie wichtig ist für die Exploration von Lagerstätten. Das beantragte Forschungsprojekt setzt sich aus zwei kleineren Einzelprojekten zusammen, eines davon mit dem Schwerpunkt auf den Mantelquellen, den Aufschmelzbedingungen und der magmatischen Differentiation (grundlegende Rahmenbedingungen) und das andere mit dem Fokus auf Geologie des Meeresbodens (Aufstiegswege und Geodynamik) und dem speziellen Verhalten der Metalle (v.a. Cu, Au und die sog. kritischen Metalle) und Volatile (H2O, CO2, Cl, S) in den Schmelzen. Diese beiden Projekte sind jedoch sehr eng miteinander verstrickt (v.a. durch den Aspekt der Schmelzentwicklung) und erfordern daher einen engen und regelmäßigen Austausch. Schwerpunkt des Projekts wird das Tonga- Kermadec Subduktionssystem, da wir Zugang zu umfangreichen Probensammlungen von dort haben sowie zwei weitere Forschungsfahrten (ARCHIMEDES I und TongaRIFT) dorthin kürzlich bewilligt wurden. 

Ophiolites are often used to infer the internal structure of the oceanic crust and the processes by which it is formed, but most ophiolites were not formed in typical mid-ocean ridge settings. Instead, they appear to have formed close to former subduction zones, but the exact tectonic setting in which they were formed is debated. If ophiolites represent fore-arc crust formed during subduction initiation events, then they provide insights into the initiation of subduction zones, an outstanding unresolved question in plate tectonics. If ophiolites were formed in back-arc or plate edge settings they may represent useful analogues for the internal structure of oceanic crust. If they were formed at a ridge-trench-trench or ridge-trench-transform triple junction then they could be used to infer mantle wedge structure and processes. These tectonic models predict different geochemical variations in ophiolite lavas with space and time. We will map out the 3D gechemical structure of the Troodos Ophiolite of Cyprus, one of the best preserved an exposed ophiolites. We will use major and trace element microanaysis of fresh volcanic glass in order to avoid the effects of alteration. Detailed high resolution sampling of sections through the Troodos volcanic section on both the northern and southern margins of the ophiolite will be used to determine the chemical evolution of magmatism and test hypotheses for the tectonic origin of this ophiolite.

Junges Rifting (< 3 Ma) im südlichen Neue Hebriden Inselbogen erzeugte drei vulkanische und hydrothermal aktive Becken im Coriolis Becken, in denen z.T. alkaline Magmen mit Anreicherungen an Nb und Ta auftreten. Weiterhin zeigt der Vanuatu Inselbogen eine starke Dynamik mit einem Umspringen der vulkanischen Aktivität weiter nach Osten. Durch das Rifting wurden tiefe Bereiche des Inselbogens freigelegt, die offenbar bis 7 Ma alt sind. Eine detaillierte stratigraphische Beprobung dieser Riftflanken und der jungen Vulkane im südlichen Inselbogen und im Backarc ermöglichen daher einmalige Möglichkeiten zur Entwicklung der Magmen, ihres Aufstiegs und ihrer Quellen in den letzten 7 Ma. Drei Vorkommen von hydrothermalen Quellen bzw. Präzipitaten wurden in den Coriolis Troughs bisher beschrieben aber nicht detailliert untersucht. Mit einem ROV sollen die zeitliche und chemische Variabilität zwischen Magmengenese, Vulka­nismus und Hydrothermalismus im Gebiet der Coriolis Becken untersucht werden. Von Bedeutung sind Fragen der lithologischen Kontrolle durch volatilreiche, alkaline Magmen und Einflüsse vulkanischer Entwicklung auf metallogenetische Prozesse sowie der Fluiddynamik und –entwicklung. Die Auswirkung unterschiedlicher Wassertiefen auf die Entgasungs­prozesse und Zusammensetzung hydrothermaler Fluide steht dabei im Vordergrund. Ein weiterer Schwer­punkt liegt in der Untersuchung der kleinräumigen Variabilität magmatischer Differenziation  im Inselbogen und deren Rückkopplung auf Metallfraktionierung und hydrothermale Aktivität. Von biologischer Seite steht das Verständnis der Kontrolle der Habitate sowie der Faunenverteilung und -zusammensetzung an hydrothermalen Austritten im Vordergrund. 

Lavas from the Azores islands show some of the most extreme variation in trace element and isotope compositions known from oceanic intraplate volcanoes. This extreme variation has partly been explained by the presence of recycled crustal rocks in the mantle sources. Stable isotopes provide the prospect to increase our understanding of the generation of such mantle sources. While the 18O/16O of upper mantle olivines shows a small variability (~δ18O of 5.0-5.2 ‰) the incorporation of sedimentary and continental material into the mantle will significantly increase the δ18O. Contrastingly, the high temperature alteration of the oceanic crust will result in lower δ18O. The Azores archipelago displays an ideal site to study the O isotope variation of highly variable mantle sources on a small scale in order to determine their origin. We propose a systematic study of olivine and clinopyroxene phenocrysts from primitive lavas and plagioclase phenocrysts from evolved lavas as well as glass analyses from all lavas of the Azores volcanoes both east and west of the Mid-Atlantic Ridge in order to better understand the variability of mantle sources and their origin. Chlorine and F concentrations in glasses from different islands will help to define crustal assimilation of the Azores magmas and can also be used to define recycled crustal material in pristine mafic rocks. This study will complement the large geochemical data set on the Azores magmas and provide important new insight into the origin of mantle sources.

The buoyant continental mantle root plays an important role in stabilizing of the lithosphere but its composition and age as well as its relationship to the crust are poorly understood. The crust is believed to be largely generated in subduction zones while several other geodynamic settings have been proposed to facilitate lithospheric mantle generation. In this project we suggest to study the lower crust and subcontinental lithospheric mantle along the Eger Rift with highly precise and accurate trace element and isotope methodologies. The Eger region is particularly interesting because it transverses the boundary of two major lithospheric blocks (the Saxothuringian and the Moldanubian) and has been amalgamated during the Variscan orogeny. We propose to study the geochemical and isotopic composition of crustal and mantle xenoliths in order to compare the petrogenesis of the different parts of the lithosphere and define possible relationships. The lithosphere beneath the Eger Rift is also believed to contribute to the alkaline magmatism and thus another part of the project is concerned with the better definition of magma sources and their regional variation.

In dem beantragten Projekt soll eine kombinierte geochemische und experimentell petrologische Untersuchung der Bildung von SiO2-reichen Magmen in der ozeanischen Kruste durchgeführt werden. Diese Studie soll das Verständnis 1) der Fraktionierungsprozesse, die zur Bildung von felsischen Magmen führen, 2) der Magmendynamik während des Aufstiegs in der ozeanischen Kruste und 3) die Interaktion von Shcmelzen mit der alterierten ozeanischen Kruste verbessern. Hauptbestandteil des vorgeschlagenen Projektes soll die Untersuchung von Gesteinen des Oman Ophiolits darstellen, wobei einerseits die felsischen Gesteine und andererseits die damit auftretenden mafischen und hydrothermal alterierten Nebengesteinen untersucht werden sollen. Damit soll festgestellt werden, durch welche Prozesse (Assimilation, partielle Aufschmelzung oder fraktionierende Kristallisation) die felsischen Magemn entstanden. Ausserdem sollen basaltische, andesitische und dazitische Laven des Pazifisch-Antarktischen Rückens untersucht werden, da an dieser schnell-spreizenden Achse felsische Laven verbreitet sind, aber noch keine detaillierte Studie ihrer Entstehung durchgeführt wurde. Wir planen im Rahmen einer Dissertation geochemische und isotopengeochemische Untersuchungen an Gesamtgesteinen, vulkanischen Gläsern, Phäno- und Xenokristallen zur Entwicklung eines umfassenden Verständnisses der Transformation von mafischem zu felsischem Material. Gleichzeitig sollen in einer anderen Dissertation die Mineral-Schmelzgleichgewichte, Verteilungskoeffizienten von Spurenelementen und mögliche Aufschmelz oder Kristallisationsprozesse mit experimentellen Methoden an den gleichen Proben untersucht werden. 

Die Azoren liegen auf einem ozeanischen Plateau mit etwa 10-12 km mächtiger Kruste basaltischer Zusammensetzung. Das Plateau mit der verdickten Kruste entwickelte sich offenbar durch verstärkten Vulkanismus vor etwa 6-4 Ma. Seit 4 Ma entsteht am Mittelatlantischen Rücken dünnere Kruste, da die Schmelzanomalie abgeschwächt ist und so das Azoren Plateau geteilt wird. Der magmatische Puls vor 6-4 Ma wurde möglicherweise durch einen Mantelplume-Kopf ausgelöst, der zur Bildung des Plateaus aus ozeanischen (Flut)basalten führte. Die Insel Santa Maria am östlichen Rande des Plateaus reflektiert eine Schlüsselrolle in der Bildung des Plateaus. Das Projekt hat drei Ziele: (1) die zeitliche und chemische Entwicklung des Vulkanismus auf dem Plateau zu klären (z.B. der Übergang von tholeiitischen Flutbasalten zu alkalinen Magmen der Inseln), (2) die Wechselwirkung zwischen der Azoren Schmelzanomalie und dem Mittelatlantischen Rücken zu bestimmen, (3) den Magmentransport und die Eruptionsmechanismen in der frühen Plateaubildungsphase zu bestimmen und (4) den zeitlichen Rahmen und biogeographischen Kontext sowie Diagenesepfade der eingeschalteten Karbonate zu bestimmen.

Oxygen isotopes are an important tool to study reactions between ascending mantle-derived magmas and material in the oceanic lithosphere that has been altered by surface processes like for example, sediments or hydrothermally altered rocks. Furthermore, crystal fractionation processes can also affect the O isotope composition especially of evolved magmas because different mineral phases fractionate O isotopes. Both assimilation and crystal fractionation thus impede the study of O isotope compositions of the magma sources in the mantle which could give important insights into recycling processes at subduction zones and in deep mantle plume-derived intraplate magmas. Here we suggest a study of the O isotope variation of five well-characterized lava series from different oceanic magmatic settings (mid-ocean ridge, oceanic intraplate, back-arc, and island arc settings) in order to define the variations between basaltic and silicic lavas and the processes affecting the O isotope ratios. Based on the understanding of lithospheric processes we will be able to distinguish the O isotope composition of the mantle sources of the magmas and draw conclusions on crustal recycling into the deep mantle and into the mantle wedge beneath subduction zones.