[Behrens] Mechanisms of alteration of basaltic and rhyolitic glasses considering solution chemistry and passivating properties of palagonite - a case study on ICDP drilling sites Hawaii and Snake River Plain

German Title: Alterationsmechanismen von basaltischen und rhyolitischen Gläsern unter Berücksichtigung derLösungschemie und passivierender Eigenschaften von Palagonit - eine Fallstudie an den ICDP Bohrungen in Hawaii und Snake River Plain

Abbreviation: 303

Current Status: completed


Main Applicant:Prof. Dr. Harald Behrens


Resources Recipient


Other Persons


Conveyor Begin:
Conveyor End:
Conveyor Duration:
Year: 2012


Description

Alterationssäume auf basaltischen und rhyolitischen Gläsern treten verbreitet in vulkanischen Gesteinen auf. Diese Lagen, die als Palagonit bezeichnet werden, haben starken Einfluss auf die Umwandlung von Gläsern in kristalline Phasen und Reaktionen von Gläsern mit anderen Gesteinsbestandteilen oder Lösungen. Letzteres ist von großer Bedeutung für die Elementfreisetzung. Im Besonderen kann Palagonit als Diffusionsbarriere wirken, die die Alteration von Glas verlangsamt oder gar verhindert. Mit der Zeit
kann sich die Wirkung einer solchen Barriere durch Polymerisations- und Ausfällungsreaktionen, die Porosität und Permeabilität beeinflussen, verändern. Mikroorganismen die Hohlformen und Röhren in der Oberfläche basaltischer Gläser bilden, können auch Wegsamkeiten im Palagonit bedingen, die die abiotische Glasalteration vergrößern. Erkenntnisse zur Porosität und Ungleichgewichtsstrukturen in Alterationslagen und ein neues Modell zu einem grenzflächengebundenem  Lösungs/Wiederausfällungsmechanismus bestärkten uns, alterierte Glasproben in Kombination mit Laborversuchen einzusetzen, um die Beziehung zwischen Glasalteration  und Palagoniteigenschaften, besonders den Effekt der Porosität der Lagen und der Lösungschemie auf die Verwitterungsrate des Glases zu untersuchen. Chemisch unterschiedliche basaltische und rhyolitische Gläser, die von den ICDP Bohrungen in Hawaii und Snake River Plain verfügbar sind, sollen eingesetzt werden. Das Material war  Salz- bzw. Süßwasser in einem Temperaturbereich ausgesetzt, der mikrobielle Besiedlung zulässt. Unsere geplanten Untersuchungen umfassen

  1. eine petrographische Untersuchung der Glasalteration mit Schwerpunkt Textur,
  2. (die Charakterisierung des Porensystems mittels N2-Adsorption, Hg-Porosimetrie, Einpressung einer geschmolzenen Legierung und verschiedene mikroskopische Techniken,
  3. eine experimentelle Studie zum Transport in Porenräumen,
  4. Untersuchung von Ioneneffekten auf die Löslichkeit von Gläsern mittels Zetapotential und Elementfreisetzungsraten unter Berücksichtigung biochemischer Faktoren und
  5. Flüssigkeitsexperimente mit Gläsern unter Bedingungen die für die Bohrungen relevant sind.

Die Kenntnis dieser Wechselwirkungen ist Grundlage für das Verständnis und die Vorhersage von Wirkungszusammenhängen zwischen Palagonitbildung, Glasalterationsraten, Lösungschemie und biochemischen Faktoren.

Related Publications

Dultz, Stefan, Behrens, Harald, Helsch, Gundula, Deubener, Joachim (2016). "Electrolyte effects on surface chemistry of basaltic glass in the initial stages of dissolution" Chemical Geology 426 p71-84


Dultz, Stefan, Boy, Jens, Dupont, Christoph, Halisch, Matthias, Behrens, Harald, Welsch, Anna-Maria, Erdmann, Martin, Cramm, Sandra, Helsch, Gundula, Deubener, Joachim (2014). "Alteration of a Submarine Basaltic Glass under Environmental Conditions Conducive for Microorganisms: Growth Patterns of the Microbial Community and Mechanism of Palagonite Formation" Geomicrobiology Journal p813-834