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Oriented acicular magnetite micro-inclusions in plagioclase from oceanic gabbro

Ge Bian

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Erdwissenschaften)

Betreuer*in

Rainer Abart

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DOI

10.25365/thesis.73848

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-18131.59322.267740-6

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Magnetit ist der wichtigste Träger der natürlichen remanenten Magnetisierung in Gesteinen. Orientierte nadel- und leistenförmige Magnetit-Mikroeinschlüsse werden häufig in Plagioklas aus ozeanischem Gabbro beobachtet, der am mittelatlantischen Rücken beprobt wurde. Die Bildungswege und Bildungstemperaturen dieser Einschlüsse sind für paläomagnetische Rekonstruktionen von Interesse. Systematische Form- und kristallografische Orientierungsbeziehungen (FOBs, KOBs) zwischen den Magnetit-Mikroeinschlüssen und dem Plagioklas-Wirtskristall wurden mit Hilfe optischer Mikroskopie, einschließlich Universaldrehtisch, und der auf der Rasterelektronenmikroskopie basierenden Beugung rückgestreuten Elektronen bestimmt. Es wurden zwei grundsätzliche Einschlusstypen unterschieden: der Flächennormal- und der PL[001]-Typ. Spezifische Orientierungsverteilungen von nadel- und leistenförmigen Magnetit-Mikroeinschlüssen in Plagioklas verursachen eine magnetische Anisotropie des magnetitführenden Plagioklases und beeinflussen den NRM-Vektor, der an Plagioklas-Einzelkörnern gemessen wird. Die Faktoren, welche die FOBs und KOBs kontrollieren, sind daher von Interesse. Ausgehend von petrographischen Evidenzen und Überlegungen zur Massenbilanz ist die Ausfällung aus Fe-haltigem Plagioklas unter reduzierenden Bedingungen bei über 600 °C der wahrscheinlichste Bildungsweg für die Einschlüsse vom Typ Flächennormal, diese weisen daher eine thermoremanente Magnetisierung auf. Einschlüsse vom Typ PL[001] sind sekundärer Natur und bilden sich wahrscheinlich bei niedrigeren Temperaturen. Um die Mechanismen zu verstehen, die den systematischen FOBs und KOBs zugrunde liegen, wurden Untersuchungen der Magnetit-Plagioklas-Grenzflächen auf atomarer Ebene mittels (Raster-)Transmissions-Elektronenmikroskopie durchgeführt. Die Längsrichtungen der nadel- und leistenförmigen Einschlüsse werden durch die Ausrichtung der Sauerstofflagen beider Phasen an der Grenzfläche gesteuert. Die Formen der Einschlüsse werden von den Sauerstoffuntergittern in beiden Kristallstrukturen beeinflusst. Die Orientierungen und Strukturen der Magnetit-Plagioklas-Grenzflächen wurden auf der Grundlage experimenteller Beobachtungen und geometrischer Rekonstruktionen analysiert, und es wurden mehrere Konfigurationen entschlüsselt. Die Grenzflächen können den Sauerstofflagen beider Phasen oder Gitterebenen mit niedrigem Index einer der beiden Phasen folgen, oder sie können dafür sorgen, dass die Gitterebenen beider Phasen an der Grenzfläche exakt zusammenstoßen. Aus Versetzungen und Stapelfehlern in der Nähe der Grenzflächen wurde abgeleitet, dass sie lokale Spannungen freisetzen, die durch mangelnde Gitterpassung verursacht werden.

Abstract

(Englisch)

Magnetite is the most important carrier of natural remanent magnetization in rocks. Oriented needle- and lath shaped magnetite micro-inclusions are frequently observed in plagioclase from oceanic gabbro dredged at mid-Atlantic ridge. The formation pathways and temperatures of these inclusions are of interest for paleomagnetic reconstructions. Systematic shape and crystallographic orientation relationships (SORs, CORs) between the magnetite micro-inclusions and the plagioclase host have been discerned using optical microscopy including universal stage and scanning electron microscopy based electron backscattered diffraction. Two fundamental inclusion types are discerned: plane normal- and PL[001] type. Specific orientation distributions of needle- and lath shaped plagioclase hosted magnetite micro-inclusions cause bulk magnetic anisotropy of the magnetite bearing plagioclase and bias the NRM vector measured from plagioclase single grain. The factors controlling the SORs and CORs are thus important. Based on petrographic evidence and mass balance considerations, precipitation from Fe-bearing plagioclase under reducing conditions at above > 600°C is the most likely formation pathway of the plane normal type inclusions, which therefore carry thermoremanent magnetization. PL[001] type inclusions are of secondary nature and probably formed at lower temperature. To understand the mechanisms underlying the systematic SORs and CORs, atomic scale investigations of the magnetite-plagioclase interfaces were performed using (scanning) transmission electron microscopy. The elongation directions of needle- and lath shaped plane normal inclusions is controlled by the alignment of oxygen layers of both phases across the interface. Inclusion shapes are influenced by the oxygen sublattices in both crystal structures. The orientations and structures of magnetite-plagioclase interfaces were rationalized based on experimental observations and geometrical reconstructions, and several configurations were unraveled. The interfaces may follow oxygen layers of both phases or low index lattice plane of either phase or may ensure commensurate impingement lattice planes of both phases at the interface. Dislocations and stacking faults close to the interfaces have been inferred to release local stress caused by lack of lattice fit.

Autor*innen

Ge Bian

Haupttitel (Englisch)

Oriented acicular magnetite micro-inclusions in plagioclase from oceanic gabbro

Paralleltitel (Deutsch)

Orientierte nadelförmige Magnetit-Mikroeinschlüsse in Plagioklas aus ozeanischem Gabbro

Publikationsjahr

2023

Umfangsangabe

xvi, 192 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Falko Langenhorst ,

Stefan Zaefferer

Klassifikationen

33 Physik > 33.16 Elektrizität. Magnetismus ,

38 Geowissenschaften > 38.30 Mineralogie ,

38 Geowissenschaften > 38.31 Kristallographie ,

38 Geowissenschaften > 38.71 Geomagnetik. Geoelektrik. Geothermie

AC Nummer

AC16877858

Utheses ID

66058

Studienkennzahl

UA | 796 | 605 | 426 |

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