Granatsande als Schlüssel zur Rekonstruktion geologischer Prozesse

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Granatsandstrand auf Goodenough Island, Papua-Neuguinea: Die Granate stammen aus
Granatsandstrand auf Goodenough Island, Papua-Neuguinea: Die Granate stammen aus Gesteinen wie ’Gneis’ (eine Art metamorphes Gestein, das durch hohe Temperaturen und hohen Druck entsteht) und werden dann als Sandkörner am Strand abgelagert. Foto: Paul Fitzgerald
Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen nutzt Informationen aus Sandkörnern, um verborgene Gesteinskreisläufe zu enthüllen

Auf einer abgelegenen Insel in Papua-Neuguinea hat ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen eine wichtige geologische Entdeckung in granatreichem Sand gemacht. Durch die Analyse winziger -Einschlüsse- in den Granatkörnern konnten sie deren Weg von der Erdoberfläche bis tief in den oberen Erdmantel und zurück an die Oberfläche deutlich machen. Dieser Zyklus ist durch tektonische Bewegungen, also Bewegungen innerhalb und zwischen den Erdplatten, sowie sedimentäre Ablagerungsprozesse bedingt und vollzieht sich in weniger als etwa zehn Millionen Jahren, was für solche geologischen Prozesse eine bemerkenswert kurze Zeit ist. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung von Suzanne Baldwin von der Syracuse University in New York führten die Studie an einer tektonisch aktiven Grenzzone in Papua-Neuguinea durch, wo sich tektonische Platten übereinander schieben. Während dieses Prozesses sinken Gesteine der unteren Platte in große Tiefe in den Erdmantel - bis zu etwa 120 Kilometern unter der Erdoberfläche wo Ultrahochdruck-Bedingungen herrschen. Im Laufe der Zeit ändern sich die Kräfte an den Grenzen der Platten und über Millionen von Jahren können die Gesteine wieder an die Oberfläche gedrückt werden. In Papua-Neuguinea sind die jüngsten Ultrahochdruck-Gesteine der Erde freigelegt, sie wurden in relativ kurzer Zeit aus großen Tiefen nach oben befördert. Im Laufe dieses Gesteinszyklus verändern sich die Minerale, um sich an die veränderten Druckund Temperaturbedingungen anzupassen. Es entstehen auch neue Minerale und einige werden in die neu gebildeten Minerale eingeschlossen. Unter diesen Einschlüssen ist das seltene Mineral Coesit, welches durch den umgebenden stabilen Granat gegen Veränderungen geschützt ist. Einschlüsse von Graphit deuten darauf hin, dass der Granat ursprünglich von der Erdoberfläche stammt, während Einschlüsse von Coesit beweisen, dass der Granat darauffolgend den oberen Erdmantel -besucht- hat und schließlich wieder an die Oberfläche zurückgekehrt ist, wo er sich nach Erosion und Transport am Strand ablagerte.

Jan Schönig, Doktorand am Geowissenschaftlichen Zentrum der Universität Göttingen, hat einen neuen Ansatz entwickelt und erprobt, um die kleinen Einschlüsse in Mineralen, die aus verwitterten und erodierten Gesteinen stammen, schnell zu identifizieren und abzubilden. Er hat die Mineraleinschlüsse aus dem Granatsand mit einem speziellen Spektrometer analysiert. -Diese winzigen Mineraleinschlüsse sind oft die einzigen Zeugen von großen tektonischen Prozessen-, sagt Schönig, -die hochmoderne technische Ausstattung am Geowissenschaftlichen Zentrum in Göttingen ermöglicht es uns, eine große Anzahl von Einschlüssen effizient zu analysieren und so geologische Prozesse, die sich auf der Skala von Kilometern abspielen, anhand von Informationen auf mikroskopischer Ebene zu rekonstruieren-. Die Ergebnisse aus Papua-Neuguinea gehören zu den ersten Anwendungen der neuen, an der Universität Göttingen entwickelten Technik. Hilmar von Eynatten vom Geowissenschaftlichen Zentrum betont: -Diese neue Methode eröffnet uns einen ganz neuen Weg zum Verständnis plattentektonischer Prozesse in der Erdgeschichte.-

Originalveröffe­ntlichung: Baldwin SL, Schönig J, Gonzalez JP, Davies H, von Eynatten H. Garnet sand reveals rock recycling processes in the youngest exhumed high and ultrahigh pressure terrane on Earth, PNAS 2021, Doi: 10.1073/pnas.2017231118

Telefon: 0551 14958

E-Mail: hilmar.von.eynatten@geo.uni-goettingen.de

https://www.uni-goetting­en.de/en/4­50866.html

Jan Schönig

Georg-August-Universität Göttingen

Geowissenschaftliches Zentrum, Abteilung für Sedimentologie und Umweltgeologie

E-Mail: jan.schoenig@uni-goettingen.de