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23.11.2009 08:00

Was Zirkone aus dem Erdmantel berichten können

Tübinger Forscher untersuchen die Entstehungsgeschichte der Minerale in Nordostbayern

Zirkone

Zirkone aus dem westlichen Egergraben, Nordostbayern. Foto: Stefan Meier

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Zirkon ist ein Mineral, das es von durchsichtig, gelb, braun bis hin zu grün, blau und rot in vielen Farben gibt. Wasserhelle Zirkone können wegen ihrer optischen Eigenschaften Diamanten ähneln. Der Edelstein Zirkon ist häufig, wenn auch in kleiner Menge im Felsgestein aller Kontinente zu finden. Zirkone sind chemisch und physikalisch von außergewöhnlicher Stabilität. Wegen dieser Eigenschaft haben Dr. Wolfgang Siebel und Sümeyya Eroğlu vom Institut für Geowissenschaften der Universität Tübingen in Zusammenarbeit mit US-amerikanischen, australischen, chinesischen und deutschen Forschern Zirkone aus Nordostbayern näher untersucht. Ihren Ergebnissen zufolge sind diese Zirkone nicht wie sonst üblich in der kontinentalen Kruste, sondern tief im Erdinneren, im Erdmantel, entstanden und viele Millionen Jahre älter als die Vulkangesteine, mit denen sie heute zusammen zu finden sind. Die Forschungsergebnisse werden nun von der Fachzeitschrift Nature Geoscience online vorab veröffentlicht (22. November 2009, 19 Uhr; DOI: 10.1038/NGEO695).

 

 

Vier Zirkon-Typen

Sammlung von vier Zirkon-Typen, die sich in der Farbe und ihrer Spurenelementzusammensetzung unterscheiden. Der rote Balken für den Größenvergleich ist einen Zentimeter lang. Foto: Stefan Meier

 

 

Die Forscher verwendeten für ihre Untersuchungen ungewöhnlich große Zirkone, die kürzlich auf Vulkanfeldern des Böhmischen Massivs am westlichen Teil des Egergrabens entdeckt wurden. Sie wählten Stücke von Edelsteinqualität mit einer Größe von ein bis drei Millimetern, die keine sichtbaren Einschlüsse oder Risse aufwiesen. Die Forscher führten eine Reihe von Experimenten durch, bei denen sie die in den Zirkonkristallen enthaltenen Spurenelemente, den Gehalt verschieden schwerer Sauerstoffatome (Sauerstoffisotope) und die Zerfallsprodukte der in geringen Mengen enthaltenen radioaktiven Elemente Lutetium, Samarium und Uran bestimmten.

 

 

Wachstumszonen eines Zirkons

Kathodolumineszenzbild (CL) eines polierten Zirkonbuchstücks. Dieses Korn zeigt eine für Mantelzirkone charakteristische blaue CL-Farbe mit deutlich sichtbaren Wachstumszonen (parallel verlaufende Bänder). Die Bänder spiegeln geringfügige Veränderungen in der Spurenelementzusammensetzung wider (Balkenlänge 0,1 Millimeter). Abbildung: Institut für Geowissenschaften

 

 

Wie sich anhand der Uran-Thorium/Helium-Datierungen herausstellte, wurden die Zirkone bei Vulkanausbrüchen vor 29 bis 24 Millionen Jahren an die Erdoberfläche geschleudert und an ihren heutigen Fundort gebracht. Hinweise auf ältere Vulkanaktivitäten in dem Gebiet gibt es nicht. Die Forscher fanden heraus, dass die Zirkonkristalle im Erdmantel in einer Tiefe von 60 bis 80 Kilometern und bei etwa 900 Grad Celsius entstanden sind. Ihr Alter konnte auf 80 bis 50 Millionen Jahre bestimmt werden. Die Zirkone waren offensichtlich so stabil, dass sich im Inneren der Kristalle über viele Millionen Jahre die Endprodukte des zeitabhängigen Uranzerfalls, nämlich Blei, anreichern konnten und die Uran-Blei-Uhr nicht durch Bleiverlust gestört wurde. Dies ist aufgrund der extremen Bedingungen, die im oberen Erdmantel unter dem Egergraben in der geologischen Vergangenheit geherrscht haben, bemerkenswert. Je mehr die Forscher über die Zirkone wissen, desto mehr können die Minerale von ihrem Herkunftsort – wie dem Erdmantel – und ihren Entstehungsbedingungen berichten.

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Nähere Informationen:

Die Veröffentlichung:
Wolfgang Siebel, Axel K. Schmitt, Martin Danišík, Fukun Chen, Stefan Meier, Stefan Weiß und Sümeyya Eroğlu: Prolonged mantle residence of zircon xenocrysts from the western Eger rift. Nature Geoscience, Online-Vorabveröffentlichung am 22. November 2009, 19 Uhr, DOI: 10.1038/NGEO695

 

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