Der Oman-Ophiolith ist weltweit das größte, best-aufgeschlossenste und am besten untersuchte Stück ozeanischer Lithosphäre an Land. Im Winter 2017/18 wurde im Rahmen des ICDP Oman Drilling Projects (OmanDP) in diesem Ophiolith erfolgreich der Übergang zwischen Kruste und Mantel durchbohrt. Die beiden gewonnenen Kerne CM1 und CM2 verfügen über eine Länge von 400 bzw. 300 Metern und wurden mit einer Recovery-Rate von nahezu 100% erbohrt, wodurch sie eine einzigartige, besondere Ressource darstellen, mit hohem Wert für zukünftige petrologische und geochemische Untersuchengen. Sie präsentieren ein kohärentes, ungestörtes Profil durch die Kruste/Mantel-Übergangszone, die aus einer Abfolge von Lagigen Gabbros mit eingeschaltetem Dunit, Troktolith und Wehrlit über einer 90 m mächtigen Zone aus massiven Dunit besteht, die tektonisiertem Mantel-Peridotit auflagert. Das eingereicht Projekt fokussiert auf wissenschaftlichen Themen, die zwei unterschiedlichen methodischen Ansätzen verfolgen: (1) In einer experimentelle Studie planen wir Gleichgewichs- und Fraktionierte Kristallisation zu simulieren, um die Phasenbeziehungen und frühe Differentiation in einem parentalen, MORB-typen System zu verstehen, das zwischen trockenen (relevant für den East Pacific Rise) und wasserhaltigen Bedingungen (entspricht früher Izu-Bonin-Mariana arc-type Kruste in einem Setting der Initialisierung einer Subduktionszone) vermittelt. In einem experimentellen Sub-Projekt möchten wir die Spurenelement-Verteilung zwischen Spinel/Chromit und einer wasserhaltigen MORB-Schmelze quantifizieren, die für das Verstehen der Bildung der massiven Dunite benötigt wird. (2) Der zweite methodische Ansatz verfolgt petrologische und geochemische Untersuchungen an den Gesteinen aus den CM-Kernen, um den genauen Mechanismus zu verstehen, wie die massiven Dunite am Übergang Kruste/Mantel entstehen und nach welchem Modus sich die Differenzierung/Fraktionierung in den primitive Schmelzen direkt über dem obersten Mantel vollzieht. Die kombinierten Ergebnisse aus beiden komplementären Ansätzen werden zu einem tiefen Verständnis über die Geodynamik des Kruste/Mantel-Übergangs unter schnell-spreizender ozeanischer Kruste führen, mit genauen Details über den Aufbaumechanismus der tiefen Kruste und die dabei ablaufenden magmatischen Differenzierungs-Prozesse führen, in einem Tiefenfenster, das in rezenter ozeanischer Lithosphäre unerreichbar erscheint.
The Bushveld Complex in South Africa is the world’s largest mafic layered intrusion by far and it contains more than three-fourths of the global reserves of platinum group elements (PGE) and more than one-third of global chromium reserves. All of the chromium and much of the platinum are hosted by layers of chromitite in the so-called Critical Zone, a stratigraphic interval of variable thickness (ca 1000 to 1500 m) in the lower third of the 7000-8000 meter-thick intrusion. The data presented herein result from the German-South African project AMREP (Applied Mineralogy for Research Efficiency of Platinum Metals), which investigated the feasibility of extracting PGE from chromitite layers that were mined for chromium at the Thaba Cr mine. The data comprise in-situ mineral analyses by electron microprobe (EPMA data), whole-rock chemical analyses of the platinum-group element concentration (PGE assay data), and microtextural analysis of thin sections to determine the grain size and size distribution of chromite in the layers (CSD data: crystal size distribution).
Chromium (Cr) is introduced into the environment by several anthropogenic activities. A striking ex-ample is the area around Kanpur in the Indian state of Uttar Pradesh, where large amounts of Cr-containing wastes have been recently illegally deposited. Hexavalent Cr, a highly toxic and mobile contaminant, is present in significant amounts in these wastes, severely affecting the quality of sur-roundings soils, sediments, and ground waters. The first major goal of this study is to clarify the solid phase speciation of Cr in these wastes and to examine its leaching behavior. X-ray diffraction and synchrotron-based X-ray absorption spectroscopy techniques will be employed for quantitative solid phase speciation of Cr. Its leaching behavior will be studied in column experiments performed at un-saturated moisture conditions with flow interruptions simulating monsoon rain events. Combined with geochemical modeling, the results will allow the evaluation of the leaching potential and release kinetics of Cr from the waste materials. The second major goal is to investigate the spatial distribution, speciation, and solubility of Cr in the rooting zone of chromate-contaminated soils surrounding the landfills, and to study the suitability of biochar as novel soil amendment for mitigating the deleterious effects of chromate pollution. Detailed field samplings and laboratory soil incubation studies will be carried out with two agricultural soils and biochar from the Kanpur region.
Das Hauptziel des CHROME-Projekts ist die Entwicklung thermodynamisch konsistenter Mehrphasenströmungsmodelle, die die Bildung von podiformen Chromitvorkommen in ophiolithischen Einheiten erklären können. Ophiolite bestehen aus Gesteinen, die Anzeichen von Schmelz-/Kristallisationsprozessen während ihrer Entstehung aufweisen. Da Chrom ein sehr kompatibles Element ist, wird erwartet, dass es beim Schmelzen im Residuum verbleibt. Unsere vorläufigen experimentellen Ergebnisse zeigen jedoch, dass Cr-Spinell mit zunehmendem H2O-Gehalt instabil wird und zusammen mit den übrigen Silikatmineralen (hauptsächlich Pyroxenen) schmilzt. Diese Konsumierung von Cr-Spinell führt zu einem dramatischen Anstieg des Cr-Gehalts in der Schmelze. Doch trotz dieses Anreicherungsprozesses reicht diese Cr-Konzentration nicht aus, um Chromit-Lagerstätten zu bilden. Daraus schließen wir, dass eine zusätzliche Mobilisierung und Cr-Anreicherung dieser Schmelzen notwendig sind. Um die Prozesse des Schmelztransports zu modellieren, muss die Dynamik der reaktiven Mehrphasenströmungen in wasserreichen, Cr-gesättigten Magmen aus dem Erdmantel berücksichtigt werden. Durch die Modellierung der verschiedenen Endglieder der Cr-Anreicherung (z. B. Konvektion oder reaktiver Transport) werden wir in der Lage sein, einige der verfügbaren Hypothesen zur Bildung von podiformen Cr-Lagerstätten zu bestätigen/zu verwerfen oder sogar zu verfeinern. Wir planen die Durchführung von Phasengleichgewichtsexperimenten an den peridotitischen Gesteinen, die die Cr-Erze beinhalten. Diese Experimente werden uns Schlussfolgerungen erlauben, die für die weitere Entwicklung von Modellen zum reaktiven Transport benötigt werden. Wir planen, mehrphasige, reaktive Strömungsmodelle anzuwenden, um Einblicke in die mit der Erzbildung verbundenen Prozesse zu gewinnen. Diese Modelle werden parallel zu Experimenten durchgeführt, in denen Schmelzen mit Mantelgesteinen re-equilibriert werden. Unser kombinierter Modellierungs-/Experimentalansatz wird eine gründliche Überprüfung der vorgeschlagenen Modellierungsansätze ermöglichen. Unser Ziel ist es, Modelle zur reaktiven Mehrphasenströmung zu verwenden, um die Erzbildungsprozesse (von der Quelle bis zur Lagerstätte) zu modellieren. Dabei wird unser vorgeschlagenes Modell petrologische und Gelände-Befunde von natürlichen podiformen Chromitlagerstätten berücksichtigen.