Controls on stable iron isotope variations in magmatic systems [Elektronische Ressource] : significance of mineral-melt isotopic fractionation in experiments and nature / von Jan Arne Schüßler

Jan Arne Schuessler

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• Physik

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• Publié par: gottfried_wilhelm_leibniz_universitat_hannover
• Publié le: 01 janvier 2008
• Nombre de lectures: 40
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

Controls on stable iron isotope variations
in magmatic systems

Significance of mineral-melt isotopic fractionation
in experiments and nature




Von der Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
zur Erlangung des Grades eines
DOKTORS DER NATURWISSENSCHAFTEN
Dr. rer. nat.





genehmigte Dissertation
von
Dipl.-Geow. Jan Arne Schüßler
geboren am 19.05.1979 in Stuttgart
2008












Referent: Prof. Dr. Harald Behrens (Leibniz Universität Hannover)
Korreferent: Prof. Dr. Jochen Hoefs (Georg-August-Universität Göttingen)


Mitglieder der Prüfungskommission:
Prof. Dr. Jürgen Böttcher (Vorsitzender)
Prof. Dr. Harald Behrens
Prof. Dr. Jochen Hoefs
Prof. Dr. Friedhelm von Blanckenburg

Tag der Promotion: 19.02.2008









Erklärung zur Dissertation
Hierdurch versichere ich, dass ich die Dissertation selbstständig verfasst und alle benutzten
Hilfsmittel und Quellen sowie evtl. zur Hilfeleistung herangezogene Institutionen vollständig
angegeben habe. Die Dissertation wurde nicht schon als Diplomarbeit oder ähnliche
Prüfungsarbeit verwendet.

Hannover, den 06.12.2007


Jan A. Schüßler












„Until only a few years, I would have never have imagined that a volume on the stable
isotope geochemistry of elements like Mg, Fe or Cu would be written. In fact, a comic book
of blank pages entitled „The Stable Isotope Geochemistry of Fluorine“ would have been a
more likely prospect.”

James R. O’Neil, University of Michigan, Ann Arbor, USA

Foreword to Geochemistry of Non-Traditional Stable Isotopes,
Reviews in Mineralogy & Geochemistry, 2004, Vol. 55









„Die Zeit ist immer reif, es fragt sich nur, wofür.“

François Charles Mauriac (1885-1970)
Nobel Prize winner for literature in 1952


DANKSAGUNG

Diese Arbeit wurde am Institut für Mineralogie der Leibniz Universität Hannover unter der
Leitung von Dr. Ronny Schönberg und Prof. Dr. Harald Behrens durchgeführt. Ihnen möchte ich für
die Initiierung des DFG-Projekts (Scho-1071/1-1&2) danken und für die Möglichkeit diese Arbeit
durchzuführen. Ihre intensive Betreuung und Führung war mir stets eine große Hilfe. Neben
zahlreichen anderen fachlichen Kompetenzen vermittelten sie mir vor allem die die Fähigkeit zur
kritischen und trotzdem offenen Herangehensweise an wissenschaftliche Problemstellungen und
Ergebnisse. Sehr dankbar bin ich auch für ihr Vertrauen in mich und die große Freiheit, eigenständig
zu arbeiten. Prof. Dr. Jochen Hoefs danke ich für die Übernahme des Korreferats. Außerdem gilt
mein Dank den Mitgliedern der Prüfungskommission, Prof. Dr. Jürgen Böttcher (Vorsitzender), Prof.
Dr. Harald Behrens, Prof. Dr. Jochen Hoefs und Prof. Dr. Friedhelm von Blanckenburg.
Thanks to Prof. Dr. Olgeir Sigmarsson for generously providing samples from the Hekla
volcano and for sharing his expertise on Hekla. Many thanks also to Dr. Jérôme Chmeleff and Dr.
Severine Moune for inspiring discussions about Icelandic volcanism. I gratefully acknowlegde
discussions and helpful comments on early versions of individual chapters in this thesis by Dr. Ronny
Schönberg, Prof. Dr. Harald Behrens, Prof. Dr. Friedhelm von Blanckenburg, Dr. Roman
Botcharnikov, Dr. Valeria Misiti, Dr. Franck Poitrasson, Prof. Dr. Edwin Schauble, Prof. Dr. Clark
Johnson, Dr. Veniamin Polyakov, Dr. Roberto Moretti and Dr. Mathieu Roskosz.
Dr. Frank Melcher, Dr. Thomas Oberthür und U. Vetter danke ich für die Bereitstellung der
Sulfidmineral-Proben und ihre Diskussionsbereitschaft. I am grateful to Dr. Roman Botcharnikov,
Dr. Francesco Vetere, Dr. Valeria Misiti and Dr. Carmela Freda for supply of experimental samples
for Fe redox analyses. Danke an die „iron girls“ Claudia Thürnagel und Anna Wegorzewski für ihre
zuverlässige Unterstützung bei den Fe redox Analysen.
Danke an Prof. Dr. Francois Holtz, Dr. Renat Almeev, Dr. Jürgen Koepke, Prof. Dr. Marcus
Nowak und Prof. Dr. Andreas Pack für ihr Interesse und neue Impulse. Mein Dank gilt außerdem Dr.
Thorsten Gesing für die freundliche Unterstützung bei den Röntgenmessungen und insbesondere Dr.
Ingo Horn für seine enthusiastische Unterstützung am Laser. Ich danke auch Sara Fanara und
Henrike Baumgarten für KFT-Messungen. Großen Dank an Otto Diedrich für exzellente
lichtgeschwindigkeitsnahe Dünnschliffpräparation. Für die technische Unterstützung danke ich den
Mitarbeitern der Werkstatt, insbesondere Willi Hurkuck und Bettina Aichinger.
Vielen Dank an Francesco, Piero und Jérôme (Franz Ohse) für die tolle Bürogemeinschaft (It
was fun!). Ganz besonders danke ich Grit „femtosecond“ Steinhöfel für so manche lange Abende am
Laser und die zahlreichen wissenschaftlich-isotopisch-philosophischen Gespräche. Für die lustige
Atmosphäre im und außerhalb des clean lab danke ich Sonja Zink, Alexandra Tangen, Prof. Dr.
Michael Staubwasser, Monika Gülke, Kevin Norton und insbesondere Hella Wittmann, meiner
langjährigen Mitstreiterin in den Geowissenschaften in Hannover (8 Jahre!). Danke auch an Dr.
Francesco Vetere, Dr. Piero DelGaudio, Dr. Sandrin Feig, Holger Strauß, Jan Stelling, Kai
Spickenbohm, Oliver Beermann und Sarah Cichy für Spaß im Hochdrucklabor.
Das beständige Engagement von Friedhelm, Harald und Ronny für eine motivierende und
freundschaftliche Atmosphäre im Institut (z.B. durch Organisation von Seminaren und anderen
Aktivitäten) habe ich stets sehr begrüßt. Ihnen und den anderen Isos und Petros danke ich für die
zahlreichen „Seminare“ im Klein Kröpke und die leichten Diskussionen über schwere Isotope. Ein
universelles Dankeschön gilt allen Mitarbeitern des Instituts für Mineralogie für die angenehme
Arbeitsatmosphäre während meiner Zeit am Institut. Es ist fast als hätte ich gestern begonnen. Die
Zeit verging wie im Flug!
Das größte Dankeschön geht an meine Familie (Schüßler und Deutscher), insbesondere an
meine Frau Stefanie für ihre kontinuierliche Unterstützung und Geduld und an meinen Sohn Luca für
sein Lächeln.



Contents

Abstract ..................................................................................................................................... I
Zusammenfassung...................................................................................................................III


I. Introduction...................................................................................................... 1
I.I. Aim of the study and structure of the thesis....................................................................1
I.II. Iron in magmas...............................................................................................................3
I.III. Stable iron isotopes.......................................................................................................6
I.III.I. Stable isotope fractionation theory.........................................................................7
I.III.II. Iron isotope variations in nature and experiment................................................13


Chapter 1. Oxidation state of iron in hydrous phono-tephritic melts....................25
Abstract ...............................................................................................................................25
1.1. Introduction..................................................................................................................26
1.2. Experimental methods..................................................................................................28
1.3. Analytical methods ......................................................................................................32
1.3.1 Electron microprobe analysis.................................................................................32
1.3.2. Ferrous iron analyses ............................................................................................33
1.4. Results..........................................................................................................................40
1.4.1. Redox state of iron ................................................................................................42
1.5. Discussion ....................................................................................................................45
1.5.1. Influence of oxygen fugacity and dissolved water on the speciation of iron........45
1.5.2. Effect of temperature and pressure on the redox state of iron ...............