Olivin ist das erste Mineral, das aus basaltischem Magma kristallisiert. Für die quantitative Modellierung petrogenetischer Prozesse in planetaren Basalten sind genaue Kenntnisse der Olivin-Schmelz-Verteilungskoeffizienten (DOl-Schmelze) für die Elemente der ersten Übergangsreihe (FTREs) Ga und Ge erforderlich. Zahlreiche experimentelle Studien haben sich mit diesem Thema befasst, die meisten Untersuchungen konzentrierten sich jedoch auf Nebenelemente, die in Olivin vorkommen. Die Sauerstofffugazitäten (fO2) in vielen dieser Experimente wurden üblicherweise so ausgelegt, dass sie denen im Erdmantel ähneln.
Bei Anwendungen, die die Bildung von Basalt auf anderen felsigen Planetenkörpern wie dem Mond, dem Mars und Asteroiden betreffen, können die Sauerstofffugazitäten während der Basaltbildung jedoch stark variieren, von 2 log-Einheiten unter dem Eisen-Wüstit-Puffer (im Folgenden als IW-2 bezeichnet) bis IW+6. Darüber hinaus sind Mondbasalte im Allgemeinen eisenreicher als terrestrische Basalte.
Um die Auswirkungen der Sauerstoffflüchtigkeit und des Eisengehalts auf die Verteilungskoeffizienten von FTREs, Ga und Ge zu beurteilen, führte Dr. Jiejun Jing (ein Postdoktorand des JSPS an der Universität Ehime) in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Ehime und anderer Universitäten in den Niederlanden, China und Deutschland eine Reihe von Hochtemperaturexperimenten (etwa IW-2 bis IW+5,5) bei 1 atm mit einem Gasmischofen durch.
Die Studie ist veröffentlicht im Journal Geochemie und Kosmochemie.
Die Ergebnisse zeigen, dass die meisten DOl-Schmelzen keine Empfindlichkeit gegenüber dem Eisengehalt des Gesamtsystems zeigen, aber DOl-Schmelz-Cr ist in Experimenten deutlich höher als DOl-Schmelz-Cr, das aus Olivin-Schmelz-Einschlusspaaren in Mondproben mit viel höherem FeO-Gehalt gewonnen wurde. DOl-Schmelz-Ni-Werte sind in einem Bereich von Sauerstofffugazitäten oberhalb des IW-Puffers nahezu konstant, nehmen jedoch abrupt ab, wenn das System mit Eisenmetall gesättigt ist (unterhalb des IW-Puffers).
Mithilfe der neu ermittelten Verteilungskoeffizienten haben die Autoren zwei Aspekte der Entstehung von Mondbasalt neu bewertet. Erstens kommen sie zu dem Schluss, dass die im Vergleich zu terrestrischen Basalten höhere Cr-Natur der Olivine in Mondbasalten auf die Cr-Natur der Kumulate im Mantel der Mondbasalte zurückzuführen ist, die wiederum mit der frühen Kristallisation der Cr-armen Minerale Olivin und Orthopyroxen im Mondmagmaozean zusammenhängt, die zu flachen Cr-reichen Kumulaten führt.
Zweitens lassen die höheren Co/Ni-Verhältnisse im Olivin der titanreichen Mondbasalte im Vergleich zu den Olivinen der titanarmen Mondbasalte darauf schließen, dass erstere in einem reduzierteren Zustand im Mondmantel (unterhalb des IW-Puffers, gesättigt mit Metall) entstanden sind.
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Jie-Jun Jing et al., Experimentelle Untersuchung der Aufteilung von Übergangselementen der ersten Reihe zwischen Olivin- und Silikatschmelze: Auswirkungen auf die Bildung von Mondbasalt, Geochemie und Kosmochemie (2024). DOI: 10.1016/j.gca.2024.03.028