Unsere Forschung

Teilprojekt zu SPP 1833: Building a habitable Earth

Terrane spotting – eine Untersuchung unterschiedlicher Modelle zur Entstehung der ersten Kontinente

PI: Prof. Annika Dziggel (Ph.D.)

Archaische Kratone sind generell durch steil einfallende, großräumige Scherzonen charakterisiert. Die Scherzonen werden häufig als Terrangrenzen interpretiert, die Krustenfragmente unterschiedlicher geologischer Entwicklung voneinander trennen. The Akkretion der Terrane setzt das Vorherrschen horizontaler Verkürzung und damit Subduktion voraus. Allerdings ist es auch plausibel, dass einige der steilen Scherzonen durch partielle konvektionsbedingte Umwälzungen und das Absinken gravitativ instabiler Grünsteingürtel in die tiefe Kruste entstanden sind. Dieser Prozess benötigt keine Subduktion. Das Erkennen dieser unterschiedlichen geodynamischen Prozesse ist häufig schwierig, da archaische Gesteine eine lange und komplexe Entwicklung aufweisen, die sich durch multiple Deformationsereignisse und spätere tektonische Überprägungen auszeichnet. In diesem Projekt sollen zwei unterschiedliche Hypothesen (Terran-Akkretion im Vergleich zu einer späteren Überprägung eines ehemals zusammenhängenden Segments archaischer Kruste) zur Entstehung des Lewisian Komplexes in Schottland mit Hilfe von Phasendiagramm-Modellierungen und in situ U-Pb, Lu-Hf, O- Isotopen und Spurenelement Analytik in Zirkon getestet werden. Das Hauptziel dieser Studie ist, ein besseres Verständnis über das Alter und die Bedingungen der Krustenbildung innerhalb einzelner Terrane zu erlangen, um zu klären, ob die tektonischen Blöcke tatsächlich Terrane sind oder ob sie unterschiedliche Krustenbereiche eines einst zusammenhängenden archaischen Kontinents darstellen.

Zur Webseite des SPP 1833 (https://habitableearth.uni-koeln.de/)

PI: Prof. Annika Dziggel (Ph.D.) und der Geological Survey of Denmark and Greenland (GEUS)

DFG-Einzelförderung

Die Rolle mafisch-ultramafischer Körper bei der Entstehung der frühen kontinentalen Kruste

PI: Dr. Silvia Volante & Prof. Annika Dziggel (PhD)

Hauptbestandteile der ältesten kontinentalen Kruste sind natriumhaltige Gesteine der Tonalit–Trondhjemit–Granodiorit (TTG) Reihe, die durch teilweises Aufschmelzen von wasserhaltigen Metabasalten in unterschiedlichen Tiefen entstanden sind. Die mit der Bildung der TTG-Schmelzen verbundenen Prozesse sind jedoch nach wie vor umstritten, und grundlegende Fragen bezüglich der Rolle und Herkunft des Wassers bei der Bildung derart großer Mengen an Schmelzen müssen noch beantwortet werden.

Dieses Projekt zielt darauf ab, die Druck–Temperatur–Zusammensetzungs–Zeit (P–T–X–t) Bedingungen während des partiellen Aufschmelzens natürlicher archaischer mafisch-ultramafischer Protolithe und ihre Rolle bei der Bildung von TTG-Schmelzen besser zu charakterisieren. Insbesondere wollen wir die Rolle und Herkunft des Wassers während des partiellen Schmelzens untersuchen und erforschen, wie die unterschiedliche Zusammensetzung der mafisch–ultramafischen Protolithe und die Verfügbarkeit von Wasser die Zusammensetzung und das Volumen der erzeugten Schmelzen steuern. Die untersuchtenProben umfassen Paare von TTGs und eingeschlossenen mafisch–ultramafischen Gesteinen aus unterschiedlichen archaischen Terrains, die sich hinsichtlich ihrer angenommenen geodynamischen Entwicklung und ihres Alters unterscheiden.

Mit Hilfe von Phasengleichgewichts-Modellierungen werden die Bedingungen während der Schmelzbildung und die Zusammensetzung der entstandenen Schmelzen bestimmt. Diese Ergebnisse werden mit Spurenelement-Modellierungen und der Gesamtgesteins-Geochemie der TTG-Gneise kombiniert, um die modellierten Schmelzzusammensetzungen mit denen der natürlichen TTG-Gneisproben zu vergleichen. Darüber hinaus werden U–Pb Datierungen sowie Spurenelement- und Sauerstoffisotopenanalysen von Zirkon verwendet, um i) das Alter und die P–T-Bedingungen der Zirkon-equilibrierten TTG-Schmelzen zu bestimmen, ii) weitere Informationen über die Schmelztiefe zu erlangen und iii) die Quelle des Wassers während der Schmelzbildung zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Studie haben das Potenzial, einen wichtigen Beitrag zu der seit langem geführten Diskussion zur Bildung arcaischer TTGs zu leisten, und könnten auch weitere Einblicke in die geodynamischen Umgebungen liefern, in denen sie entstanden sind.

DFG-Einzelförderung

Deep-time multimineral Thermochronologie des Bushveld Komplexes – Aussagen zur Entwicklung des Nördlichen Kaapvaal Kratons in der oberen Kruste

PI: Dr. Mathias Hueck

Obwohl der Bushveld Komplex (BK) einer der am besten untersuchten magmatischen Komplexe der Welt ist, sind die Informationen über die thermische Entwicklung der letzten 2 Milliarden Jahre bei Temperaturen unter 300 °C immer noch sehr begrenzt. Moderne Forschungen haben gezeigt, dass die thermische Geschichte der oberen Kruste von Kratonen im Allgemeinen nicht monoton ist, sondern episodisch durch verschiedene geologische Ereignisse ausgelöst wird, wie zum Beispiel: (1) Subsidenz sedimentärer Becken gefolgt von Exhumierung; (2) Erhöhung des geothermischen Gradienten aufgrund von Intraplatten-Magmatismus oder Änderungen des basalen Wärmeflusses; (3) strukturelle Überprägung aufgrund weit entfernter tektonischer Ereignisse; oder (4) großräumige, klimabedingte Erosion. Diese Ereignisse sind in den geologischen Ablagerungen nach Hunderten von Millionen bis Milliarden Jahren kumulierter Erosion oft nicht mehr erhalten. Das Ziel dieser Studie ist die Rekonstruktion der ca. 2 Milliarden Jahre langen geologische Entwicklung des BKs in der Oberkruste nach dessen schnelle Platznahme und Abkühlung unter ca. 300°C im archaischen Kaapvaal Kraton. Als solche stellt sie eine Umstellung von der traditionellen Apatit- und Zirkon-Thermochronologie an geologisch jungen Regionen auf ein gründlicheres Verständnis der <300°C Thermalgeschichte alter kratonischer Regionen dar. Dies wird durch die Gewinnung detaillierter thermischer Entwicklungen auf der Grundlage der systematischen Anwendung von (U-Th)/He- und Spaltspur-Datierungen einer großen Anzahl von Mineralen mit unterschiedlichen Schließungstemperaturen (Zirkon, Apatit, Titanit, Rutil, Granat, Baddeleyit, Magnetit) und unterschiedlichen Gehalten an radioaktiven Elementen erreicht. Ergänzt werden die Analysen durch modernste Techniken wie in-situ-(U-Th)/He-Datierung und Raman-Spektroskopie-Kartierung, die Schätzung der Thermosensibilität bestimmter Minerale auf einem Einzel-Kristall Maßstab ermöglichen. Die Kombination und Kreuzkalibrierung mehrerer Thermochronometer wird (1) zu einem wesentlich besseren Verständnis der geologischen Prozesse und der Entwicklung kratonischer Regionen führen und (2) das Instrumentarium zur Enträtselung thermisch komplexer und lithologisch vielfältiger Regionen erweitern. Das Untersuchungsgebiet eignet sich ideal für die deep-time Rekonstruktion der Thermalgeschichte in der oberen Kruste, denn es vereint: (1) ein großes Gebiet mit einer äquivalenten und sehr schnellen Abkühlungsgeschichte auf ca. 300°C nach der magmatischen Platznahme; (2) sehr gute Aufschlussverhältnisse; (3) eine bemerkenswerte mineralogische Vielfalt, die die Gewinnung verschiedener Minerale mit unterschiedlichen Gehalten an radioaktiven Elementen ermöglicht; (4) eine Vielzahl von akkumulierten Untersuchungen in dem Gebiet; und (5) eine sehr lange thermische Entwicklung bei mittleren bis niedrigen Temperaturen.

DAAD-Förderung im Rahmen des PPP Kanada 2023

PI: Dr. S. Schuth

2024

Basei, M.A., Hueck, M., Oriolo, S., Neto, M.C.C. (2024): The Rio de la Plata and Paranapanema cratons: Uncovering the hidden pieces of west Gondwana. Precambrian Research, 107582.

Arduin-Rode, F., Sosa, G., van den Kerkhof, A., Krüger, Y., Bajnai, D., Pack, A., ..., Hueck, M. (2024): World-class amethyst-agate geodes from Los Catalanes, Northern Uruguay: genetic implications from fluid inclusions and stable isotopes. Mineralium Deposita, DOI: 10.1007/s00126-024-01310-2.

Bhattacharya, S., Basei, M.A.S., Kar, R., Hueck, M., Chatterjee, S., Ghosh, A. (2024): Zircon U-Pb geochronology and Hf isotopes from granulites and gneisses from Kabbaldurga, in the Dharwar Craton, South India: Implications for Mesoarchean magmatic charnockite in the crustal evolutionary trajectory. Episodes Journal of International Geoscience, DOI: 10.18814/epiiugs/2024/024006.

Fonseca, R.O.C, Beyer, C., Bissbort, T., Hartmann, R., Schuth, S. (2024): Partitioning of highly siderophile elements between monosulfide solid solution and sulfide melt at high pressures. Contributions to Mineralogy and Petrology 179, 17, https://doi.org/10.1007/s00410-023-02092-y

Hueck, M., Basei, M.A., Frimmel, H., Lino, L.M., Corrêa, V.X., Tesser, L.R., ..., Ganade, C.E. (2024): Pan-African granitic magmatism of the Kaoko Belt: Tectonic perspective from its South American connection and insights into the crustal architecture of SW Gondwana. Precambrian Research 405, 107366.

2023

Kommescher, S., Kurzweil, F., Fonseca, R.O.C., Rzehak, L.J.A., Hohl, S.V., Kirchenbaur, M., Schuth, S., Sprung, P., Münker, C. (2023): Mineralogical controls on the Ti isotope composition of subduction zone magmas. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 24, e2022GC010840. https://doi.org/10.1029/2022GC010840

Lino, L.M., Quiroz-Valle, F.R., Vlach, S.R.F., Basei, M.Â.S., Vilalva, F.C.J., Hueck, M., Martins, J.V. (2023): Deciphering the parent-daughter relationship between Ediacaran high-silica ignimbrites and their complementary silicic cumulates: Insights from zircon trace element composition. Chemical Geology 635, 121629.

2022

Kotzé, E., Schuth, S., Goldmann, S., Holtz, F. (2022): The influence of humic substances on the weathering of PGE in chromitite of the Bushveld Complex: An experimental simulation of the weathering environment. South African Journal of Geology, https://doi.org/10.25131/sajg.125.0020

Barrote, V.R., Volante, S., Blereau, E.R., Rosière, C.A., Spencer, C.J. (2022): Implications of the dominant LP–HT deformation in the Guanhães Block for the Araçuaí West-Congo Orogen evolution, Gondwana Research 107, 154-175. https://doi.org/10.1016/j.gr.2022.03.012

Hohl, S.V., Schuth, S., Münker, C., König, S., Garbe-Schönberg, D., Kuduon, J. (2022): Geochemical evolution of the Rabaul volcanic complex, Papua New Guinea - Insights from HFSE, Sr-Nd-Hf, and Fe isotopes. Lithos 408-409, 106560.

Kirchenbaur, M., Schuth, S., Barth, A.R., Luguet, A., König, S., Idrus, A., Garbe-Schönberg, D., Münker, C. (2022): Sub-arc mantle enrichment in the Sunda rear-arc inferred from HFSE systematics in high-K lavas from Java. Contributions to Mineralogy and Petrology 177, 8-25.

Tittel, J., Büttner, O., Friese, K., Lechtenfeld, O. J., Schuth, S., von Tümpling, W., Musolff, A. (2022): Iron exports from catchments are constrained by redox status and topography. Global Biogeochemical Cycles 36, e2021GB007056. https://doi.org/10.1029/2021GB007056

Volante, S., Collins, W. J., Barrote, V., Nordsvan, A. R., Pourteau, A., Li, Z. X., Beams, S. (2022): Spatio–temporal evolution of Mesoproterozoic magmatism in NE Australia: A hybrid tectonic model for final Nuna assembly. Precambrian Research, 372, 106602.

2021

Diener, J.F.A., Dziggel, A. (2021): Can mineral equilibrium modelling provide additional details on metamorphism of the Barberton garnet amphibolites? South African Journal of Geology 124, 211-224.

Moyen, J.-F., Zeh, A., Cuney, M., Dziggel, A., Carrouée, S. (2021): The multiple ways of recycling Archaean crust: a case study from the ca. 3.1 Ga granitoids from the Barberton greenstone belt, South Africa. Precambrian Research, 353, 105998.

Schlüter, J., Schuth, S., Fonseca, R.O.C., Wendt, D. (2021): A remarkable discovery of electrum on the island of Sylt, northern Germany, and its Scandinavian origin. European Journal of Mineralogy 33 (4), 373-387.

2020

Brüske, A., Martin, A.N., Rammensee, P., Eroglu, S., Lazarov, M., Albut, G., Schuth, S., Aulbach, S., Schoenberg, R., Beukes, N., Hofmann, A., Nägler, T., Weyer, S. (2020): The onset of oxidative weathering traced by uranium isotopes. Precambrian Research 338, 105583.  

Kelemen, P.B., Matter, J.M., Teagle, D.A.H., Coggon, J.A., and the Oman Drilling Project Science Team (2020) Site GT2: foliated to layered gabbro transition. In Kelemen, P.B., Matter, J.M., Teagle, D.A.H., Coggon, J.A., and the Oman Drilling Project Science Team, Proceedings of the Oman Drilling Project: College Station, TX (International Ocean Discovery Program). https://doi.org/10.14379/OmanDP.proc.2020

Kelemen, P.B., Matter, J.M., Teagle, D.A.H., Coggon, J.A., and the Oman Drilling Project Science Team (2020) Site GT1. In Kelemen, P.B., Matter, J.M., Teagle, D.A.H., Coggon, J.A., et al., Proceedings of the Oman Drilling Project: College Station, TX (International Ocean Discovery Program). https://doi.org/10.14379/OmanDP.proc.2020

Li J., Pourteau A., Li Z.-X., Jourdan F., Nordsvan A.R., Collins W.J., Volante S., 2020. Heterogeneous Exhumation of the Mount Isa Orogen in NE Australia after 1.6 Ga Nuna Assembly: New High-Precision ⁴⁰Ar/³⁹Ar Thermochronological Constraints. Tectonics, 39, e2020TC006129. https://-doi.org/10.1029/2020TC006129.

Olierook H.K.H., Affleck R.G., Evans N.J., Jourdan F., Kirkland C.L., Volante S., Nordsvan A.R., McInnes B.I., McDonald B., Mayers C., Frew R.A., Rankenburg K., d’Offay N., Nind M., Larking A., 2020. Mineralization proximal to the final Nuna suture in northeastern Australia. Gondwana Research. https://doi.org/10.1016/j.gr.2020.12.017.

Pourteau A., Doucet L.S., Blereau E., Volante S., Johnson T.E., Collins W.J., Li Z.-X., Champion D., 2020. TTG generation by fluid-fluxed crustal melting: Direct evidence from the Proterozoic Georgetown Inlier, NE Australia. Earth and Planetary Science Letters, 550, 116548.

Volante S., Collins W.J., Blereau E., Pourteau A., Spencer C.J., Evans N.J., Barrote V., Nordsvan A.R., Li Z.-X., Li J., 2020. Reassessing zircon-monazite thermometry with thermodynamic modelling: insights from the Georgetown igneous complex, NE Australia. Contributions to Mineralogy and Petrology, 175, 110 (2020). https://doi.org/10.1007/s00410-020-01752-7.

Volante S., Collins W.J., Pourteau A., Li Z.-X., Li J., Nordsvan A., 2020. Structural evolution of a 1.6 Ga orogeny related to the final assembly of the supercontinent Nuna: coupling of episodic and progressive deformation. Tectonics, 39, e2020TC006162. https://doi.org/10.1029/2020TC006162.

2019

Balzer, R., Behrens, H., Schuth, S., Waurischk, T., Reinsch, S., Müller, R., Fechtelkord, M., Deubener, J. (2019): The influence of H₂O and SiO₂ on the structure of silicoborate glasses. Journal of Non-Crystalline Solids 519, doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.05.030

Dziggel, A., Diener, J.F.A., Kokfelt, T.F., Kolb, J., Scherstén, A. (2019) Thermal structure and evolution of an Archean large hot orogen: insights from the Tasiusarsuaq terrane, SW Greenland. Precambrian Research, 335, 105499.

Dziggel, A., Kisters, A.F.M. (2019) Chapter 26 - Tectono-metamorphic controls on Archaean gold mineralization in the Barberton greenstone belt, South Africa. In: Van Kranendonk, M., Bennett, V., Hoffmann J.E. (Eds.) Earth’s Oldest Rocks (2nd Edition). Developments in Precambrian Geology, Elsevier, 655-674.

Horn, S., Dziggel, A., Kolb, J., Sindern, S. (2019) Textural characteristics and trace element distribution in carbonate-hosted Zn-Pb-Ag ores at the Paleoproterozoic Black Angel deposit, Central West Greenland. Mineralium Deposita, 54 (4), 507-524.

Kotzé, E., Schuth, S., Goldmann, S., Winkler, B., Botcharnikov, R.E., Holtz, F. (2019): The mobility of palladium and platinum in the presence of humic acids: An experimental study. Chemical Geology 514, 65-78.

Schuth, S., Brüske, A., Hohl, S.V., Jiang, S.-Y., Meinhardt, A.-K., Gregory, D.D., Viehmann, S., Weyer, S. (2019): Vanadium and its isotope composition of river water and seawater: analytical improvement and implications for vanadium isotope fractionation. Chemical Geology 528, doi.org/10.1016/j.chemgeo.2019.07.036

Shollenberger, Q.R., Wittke, A., Render, J., Mane, P., Schuth, S., Weyer, S., Gussone, N., Wadhwa, M., Brennecka, G.A. (2019): Combined mass-dependent and nucleosynthetic isotope variations in refractory inclusions and their mineral separates to determine their original Fe isotope compositions. Geochimica et Cosmochimca Acta 263, 215-234.