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Eine experimentelle Studie des Oxidationszustandes von Eisen in Granat und Klinopyroxen als Funktion der Temperatur im System CaO-FeO-Fe2O3-MgO-Al2O3-SiO2: Implikationen für die Granat-Klinopyroxen-Geothermometrie

Purwin, Horst :
Eine experimentelle Studie des Oxidationszustandes von Eisen in Granat und Klinopyroxen als Funktion der Temperatur im System CaO-FeO-Fe2O3-MgO-Al2O3-SiO2: Implikationen für die Granat-Klinopyroxen-Geothermometrie.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2012)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Eine experimentelle Studie des Oxidationszustandes von Eisen in Granat und Klinopyroxen als Funktion der Temperatur im System CaO-FeO-Fe2O3-MgO-Al2O3-SiO2: Implikationen für die Granat-Klinopyroxen-Geothermometrie
Language: German
Abstract:

Das Granat-Klinopyroxen-Geothermometer ist eines der am häufigsten angewandten Methoden um Equilibrierungstemperaturen von Eklogiten, Granat-Peridotiten und anderen (ultra)basischen, granat- und klinopyroxenhaltigen metamorphen Gesteinen zu bestimmen. Obwohl das Thermometer auf einer Kationenaustauschreaktion von Fe2+ und Mg2+ zwischen Granat und Klinopyroxen beruht, basieren alle bisherigen Kalibrierungen auf dem Gesamteisengehalt, bei dem nicht zwischen Fe2+ und Fe3+ unterschieden wird. Das Hauptziel dieser Arbeit war herauszufinden, ob das Thermometer durch Nichtdifferenzierung des Fe-Oxidationszustandes mit einem systematischen Fehler behaftet ist, welcher eine Neukalibrierung des Thermometers unter Berücksichtigung des Oxidationszustandes erforderlich macht. Die Synthese von Proben eklogitischer Zusammensetzung im System CaO-FeO-Fe2O3-MgO-Al2O3-SiO2 (CFFMAS) erfolgte in einer Stempelzylinder- oder Belt-Apparatur bei einem Druck von 2,5-3,0 GPa und Temperaturen von 800°C bis 1300°C, wobei in Platin eingeschweißte Graphitkapseln zum Einsatz kamen. Die synthetisierten Granate und Klinopyroxene wurden mittels Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie (electron energy-loss spectroscopy – EELS) hinsichtlich ihres Fe-Oxidationszustandes untersucht und auf ihre chemische Zusammensetzung hin mit Hilfe der Elektronenstrahl-Mikrosonde (EMS) und am Transmissionselektronenmikroskop (TEM) ausgeführter energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) analysiert. Die mit dem Gesamteisengehalt berechneten Equilibrierungstemperaturen reproduzieren die experimentelle Temperatur innerhalb von ±60°C. Nutzt man nur den Fe2+-Gehalt für die Temperaturberechnung, welcher durch Kombination der EMS- mit den EELS-Ergebnissen ermittelt wurde, weichen die berechneten Temperaturen von den experimentellen systematisch ab. Da der systematische Fehler relativ gering ist (kleiner als ±100°C), besteht für das System CFFMAS unter den hier untersuchten Bedingungen keine Notwendigkeit das Thermometer unter Berücksichtigung des Fe-Oxidationszustandes neu zu kalibrieren. Aus dem Vergleich der Oxidationszustände der experimentellen Phasen mit denen natürlicher Granat-Peridotite, wobei auf Literaturdaten zurückgegriffen wurde, ist zu schließen, dass für natriumarme Granat-Peridotite ebenfalls keine Neukalibrierung erforderlich ist.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The garnet-clinopyroxene geothermometer is one of the most frequently applied methods for obtaining equilibration temperatures of eclogites, garnet-peridotites and other (ultra)basic metamorphic rocks containing garnet and clinopyroxene. Though the thermometer is based on a Fe2+-Mg2+ cation exchange reaction between garnet and clinopyroxene, all existing formulations of the thermometer have been calibrated using total Fe, without distinction between Fe2+ and Fe3+. The main aim of this study was to find out whether this implies a systematic error of the thermometer which needs to be corrected by a re-calibration taking the Fe oxidation states into account. Samples with eclogitic composition in the system CaO-FeO-Fe2O3-MgO-Al2O3-SiO2 (CFFMAS) were synthesized in a piston-cylinder or belt apparatus at a pressure of 2.5-3.0 GPa and temperatures between 800°C and 1300°C using graphite capsules sealed into platinum. The oxidation states of iron in the synthesized garnets and clinopyroxenes were determined using electron energy-loss spectroscopy (EELS). Chemical composition of the phases was characterized by electron probe micro-analysis (EPMA) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) on the transmission electron microscope (TEM). Equilibration temperatures calculated using total Fe reproduce the experimental temperature to ±60°C without systematic deviations. If only the Fe2+ content is used, obtained by combining EELS and EPMA results, systematic deviations are observed. Since these are relatively small (below ±100°C), a re-calibration of the thermometer taking the oxidation state into account is not necessary for the system CFFMAS at the conditions investigated in this study. A comparison between the oxidation states of the experimental phases and those of natural garnet-peridotites taken from the literature suggests that also for Na-poor garnet-peridotites a re-calibration is not necessary. English
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Granat, Klinopyroxen, Geothermometer, Oxidationszustand von Eisen, EELS
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
garnet, clinopyroxene, geothermometer, iron oxidation state, EELSEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences
11 Department of Materials and Earth Sciences > Earth Science
11 Department of Materials and Earth Sciences > Earth Science > Geo-Material-Science
Date Deposited: 14 Jan 2013 10:16
Last Modified: 14 Jan 2013 10:16
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-32466
Referees: Kleebe, Prof. Dr. Hans-Joachim and Brey, Prof. Dr. Gerhard P.
Refereed: 17 December 2012
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3246
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