Zur Genese Na-reiche Granitoide im Präkambrium

Die Erklärung der Herkunft archaischer sodischer Granitoide - den Gesteinen der sogenannten Tonalit- Trondhejmit-Granodiorit Suite (TTG) - ist für viele erdwissenschaftliche Themen wichtig. Dazu zählen die Differentiation der silikatischen Erde, der Stil der Plattentektonik in der frühen Erde, die langfristige Entwicklung der Plattentektonik so wie wir sie heute kennen, sowie die Herkunft von Magmen ganz generell. Es ist bekannt, dass die Aufschmelzung von subduzierten ozeanischen Platten (Slab melting) zu einer Reihe von Magmentypen führt. Es gibt jedoch eine Debatte, ob TTGs nur aus diesem Prozess entstehen können. Heute erscheint es als gefestigt, dass verschiedene tektonische Szenarien für die Produktion solcher TTG Magmen verantwortlich zeichnen könnten. Diese Magmen zeigen chemische Trends durch das Archaikum hindurch von denen vermutet wird, dass sie die Veränderung tektonischer Prozesse reflektieren. In diesem Projekt wird die Dynamik von Schmelzprozessen studiert die zu solchen Magmen führen. Dazu wird ein 2D petrologisches - thermomechanisches - numerisches Model benutzt. Der Hauptfokus des Projektes liegt darauf verschiedene Modelle für TTG Magma Bildung zu entwerfen und dieselben zu analysieren. Der Grund für die sich zeitlich verändernden chemischen Zusammensetzungen von TTGs wird erforscht indem wir 2 plausible geodynamische Szenarien durchtesten werden: (a) Subduktion einer ozeanischen Platte unter eine kontinentale und (b) Kollision zweiter Kontinente. Dabei wird der Einfluss von (a) Temperatur des oberen Mantels, (b) der Aufbau der Lithosphäre, (c) Wärmeproduktion, sowie Rheologie der Kruste und des Mantels untersucht. Im Rahmen des Projektes wird eines der weltweit modernsten numerischen Modelle in die Österreichische Forschungslandschaft eingeführt (in Zusammenarbeit mit Taras Gerya von der ETH Zürich). Das Projekt wird an der Universität Graz durchgeführt, weil es dort (a) eine starke Forschungsgruppe zum Thema gebirgsbildende Prozesse gibt und (b) eine starke Arbeitsgruppe zum Thema der Petrologie Proterozoischer und Archaischer Schild Terrains in Afrika, gibt. Die numerischen Experimente werden mittels umfangreicher strukturgeologischer und petrologischer Datensätze überprüft. Diese stehen uns durch die Kooperation mit Prof. M. Brown (Maryland) und Prof. C. Hauzenberger (Graz) zur Verfügung. Beide Kollegen sind weltweit anerkannte Experten auf dem Gebiet von Petrologie, Geodynamik und Präkambrischen Tektonik.

Der Stil der Tektonik in der frühen Erde und ihre Entwicklung zu der modernen Plattentektonik so wie wir sie heute kennen ist eines der Hauptthemen für die Debatten zwischen den Erdwissenschaftlern. Obwohl die Merkmale der Plattentektonik in dem Phanerozoikum erkannt wurden, ist der Nachweis über sie für die späteren Zeitalter nicht so bestimmt. Es ist daher sehr wichtig die geologischen Daten und die numerische Modellierung zu kombinieren. Wir haben das gemacht und die verschiedenen tektonischen Szenarios für die frühe Erde getestet. Dazu wurde ein 2D petrologisches-thermomechanisches- numerisches Model mit den Bedingungen des frühen Archaikums benutzt. Als Ergebnis präsentierten wir die gleichzeitig aktiven tektonisch-magmatischen Bedingungen, bei denen die Na-reichen Granitoide entstanden sein könnten. Außerdem konnten wir auch zwei verschiedene Typen der kontinentalen Kruste feststellen. Der erste Typ entstand aus der dicken mafischen Kruste durch vertikale Tektonik. Mit der Zeit können diese Blöcke von der kontinentalen Kruste durch horizontale Tektonik (mit Plattentektonik Merkmalen) überarbeitet werden, so entstand der zweite Typ der Kruste (reworked). So haben wir ein konzeptuelles Framework entwickelt, womit es möglich ist, die verschiedenen Typen der Kruste dem entsprechenden tektonischen Regime zuzuordnen. Der zweite Teil des Projekts hatte mit der Stabilität solcher Regime zu tun. Es wurde entdeckt, dass die Intensität der Bildung der Na-reichen Granitoide von der Menge und Verteilung der underplated Schmelzen, die aus dem Mantel stammen, und der Struktur der Kruste abhängt. Die weit verbreitete Entstehung der Na-reichen Granitoide auf der Kruste ist mit hohen Manteltemperaturen und die Eigenschaft der mafischen Kruste, durch den Aufstieg dieser Schmelzen weicher zu werden, gebunden. Die Ergebnisse unserer Experimente haben gezeigt, dass das zeitliche Verschwinden der extensiven Na- reichen Granitoiden ungefähr mit dem Erscheinen der modernen Plattentektonik auf der Erde übereinstimmt.