Fluideinschlussanalyse (Beispiel: CO₂-reiche Einschlüsse)

Die in einem Magma in der Tiefe enthaltenen Gase und Flüssigkeiten werden bei der Kristallisation von Mineralphasen wie zum Beispiel Olivin und Klinopyroxen umwachsen und somit eingeschlossen. Innerhalb dieser Minerale treten die Fluide als Einschlüsse auf. Dabei sind primäre und sekundäre Einschlüsse zu unterscheiden. Primäre Einschlüsse entstanden bei der Kristallisation des Wirtsminerals, während sekundäre Einschlüsse sich erst nach der Kristallisation des Wirtsminerals bilden und daher meist an Risse im Mineral gebunden sind. Analysen primärer Einschlüsse geben also Aufschluss über Druckbedingungen während der Kristallisation des Wirtsminerals, während sekundäre Einschlüsse spätere Ereignisse widerspiegeln, was eine Unterscheidung dieser beiden Einschlussarten unerlässlich macht.

Aus den gemessenen Homogenisierungstemperaturen lässt sich mit Hilfe des Temperatur-Dichte-Diagramms nach Angus et al., (1976) die Dichte des eingeschlossenen Fluids graphisch bestimmen. Aus der nach Kerrick & Jacobs, (1981) innerhalb des Computer-Programms FLINCOR aufgestellten Zustandsgleichung ergeben sich Isochoren, die eine Rekonstruktion der Druckbedingungen bei Einschluss des Fluids aus dessen Dichte ermöglichen.

Dichtekurve nach Angus et al., (1976).

Durchführung:

Als Vorbereitung zur Messung werden aus geeigneten, also Fluideinschlüsse enthaltenden Proben Dickschliffe von etwa 100 µm Stärke angefertigt. Diese werden mit Aceton von den Glasträgern abgelöst und in Chips zerbrochen. Die Probensegmente werden mit flüssigem Stickstoff auf -130°C gekühlt. Dabei frieren die Einschlüsse bei etwa -70 bis -80°C ein. Nach dem Abkühlen auf -130°C wurden die Einschlüsse langsam aufgeheizt. Bei -56,6°C kommt es zum finalen Schmelzen (Tm) der Einschlüsse. Nach weiterem Aufheizen kommt es bei Temperaturen zwischen -16 und +31°C zur Homogenisierung (Th) der Einschlüsse in die flüssige Phase. Das finale Schmelzen am Tripelpunkt bei der für CO₂-Einschlüsse zu erwartenden Temperatur von -56,6°C belegt, dass es sich bei den Einschlüssen um CO₂-Einschlüsse handelt.

Die Homogenisierungstemperatur lässt Rückschlüsse auf den Druck bei der Entstehung des Einschlusses zu. Die Messung der Tm und Th jedes Einschlusses wird zweimal durchgeführt. Vor und nach jeder Messreihe werden Standards gemessen. Hierbei handelt es sich meist zum einen um reine CO₂-Einschlüsse und zum anderen um reine H₂O-Einschlüsse.

Abfolge des Abkühlens und Aufheizens eines Einschlusses zur Messung der Schmelztemperatur Tm und der Homogenisierungstemperatur Th (in die flüssige Phase).

Die Untersuchungen können Aufschluss über die Dichte des eingeschlossenen Fluids geben und damit über die Druckverhältnisse bei der Entstehung oder Reequilibrierung des Minerals. Aus diesen Daten kann die Tiefe einer Magmenkammer und kurzzeitige Stagnationsniveaus des Magmas bestimmt werden. Da dieses Geobarometer schnell auf Veränderungen in der Umgebung reagiert, ist es eine ideale Ergänzung zu dem relativ langsameren Mineral-Schmelz-Geothermobarometer (Elektronenstrahlmikrosonde).

Fluideinschlüsse. Der Trail besteht aus relativ großen Einschlüssen, die Krustendrücke anzeigen und somit entweder sekundär entstanden sind oder bei geringen Tiefen reequilibriert wurden.

Literatur

Angus, S., Armstrong, B., De Reuck, K.M., Altunin, V.V., Gadetskii ,O.G., Chapela, G.A. & Rowlinson,J.S. (1976): Carbon Dioxide (International tables of the fluid state, vol. 3) Pergamon Press, Oxford

Kerrick, D.M. & Jacobs, G.K. (1981): A modified Redlich-Kwong equation for H2O, CO2 and H2O-CO2 mixtures at elevated temperatures and pressures. Am. J. Sci. 281, 735-767

Roedder, E. (1984): Fluid Inclusions.- Reviews in Mineralogy.- Mineralogical Society of America, Vol. 12