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Analyse von hochdruckdeformierten Mineralphasen

Wir behandeln hier eine mineralogische Probe, die experimentell unter hohem Druck verformt wurde. Das Experiment wurde mit einer D-DIA Multianvil-Presse am Bayerischen Geoinstitut durchgeführt um zu untersuchen, wie Deformationstexturen von Phasenumwandlung betroffen sind. Eine polykristalline Aragonitprobe (CaCO3) wurde mit einem Druck von 3 GPa bei 800° axial auf 20% Spannung komprimiert und dann statisch bei 2 GPa innerhalb des stabilen Bereichs (im Phasendiagramm) von Kalzit getempert. Ziel war es festzustellen, ob Texturen, die während der Deformation unter Hochdruck im Aragonitbereich entstanden sind, nach der Dekompression in Kalzit-Marmorphasen erhalten bleiben. Solche Szenarien können vorkommen wenn Gestein des Erdmantels, wie zum Beispiel Karbonate, rasch subduziert dabei unter hohem Druck deformiert werden und später wieder an die Erdoberfläche gelangen. Die Texturen der Karbonate könnten dann Informationen über die Verformung in größeren Tiefen einer Subduktionszone liefern.

 

QUANTAX EBSD gestattet es dem Nutzer Calcit und Aragonit einfach zu identifizieren und zu unterscheiden, was mit EDS nicht möglich ist. Auch können die kristallographisch ähnlichen Phasen Korund und Calcit (beide R3c) ohne Zuhilfenahme von EDS indiziert werden. Diese beiden Phasen besitzen die gleiche trigonale Symmetrie und erzeugen daher ähnliche Kikuchi-Patterns. Durch die Kombination eines hochauflösenden EBSD-Detektors mit einem leistungsfähigen Indizierungsalgorithmus (indiziert bis zu 12 Kikuchi-Bänder) kann eine sehr hohe Hit-Rate (> 90%) erzielt werden ohne die Analysegeschwindigkeit negativ zu beeinflussen.

Die Präsenz zusätzlicher Phasen war vor der Analyse nicht bekannt. Sie konnten mit Hilfe der Advanced Phase ID-Funktion (siehe Webinar (in Englisch) zum Thema Advanced Phase-ID) als Pyrit und Zoisit identifiziert werden. Diese Funktion bietet den großen Vorteil, dass der Datensatz jederzeit komplettiert bzw. korrigiert werden kann ohne dafür weitere Messzeit am REM zu beanspruchen.

Schlussfolgerungen

Erste Ergebnisse dieser Probe zeigen sowohl Intra- als auch Inter-Korn-Nukleation von Kalzit. Es bestehen keine systematischen Orientierungsbeziehungen zwischen den Nuklei und ihren Aragonit-Wirten und -Nachbarn. So wird z.B. die durch die Verformung erzeugte Vorzugsorientierung von Aragonit (eine (001)-Fasertextur) nicht an den Kalzit weitervererbt. Dennoch zeigt der Kalzit eine schwache Vorzugsorientierung, die durch eine breite (108)/(018)-Fasertextur gekennzeichnet ist. Diese Vorzugsorientierung könnte eine Folge der vollständig hydrostatischen Belastung während der Temperphase sein. Es scheint in diesem Fall wahrscheinlich, dass Nukleation und Wachstum nicht durch eine Orientierungsbeziehung zum Wirt (wie in vorangegangenen Untersuchungen festgestellt) sondern durch das gesamte Spannungsfeld kontrolliert wurden.

Dank an Dr. Florian Heidelbach, Bayerisches Geoinstitut, Universität Bayreuth, für das freundliche Bereitstellen der Probe.