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Niedrigst-Temperatur-Thermochronometrie mittels Thermolumineszenz

Projektleiter: Prof. Ludwig Zöller
Dr. Christoph Schmidt

Projektstart: 2014
Projektnummer: 04359
Geldgeber:

Oberfrankenstiftung, Bayreuth

Projektbeschreibung:

Gegenstand des Forschungsprojektes ist Grundlagenforschung zur Eignung der roten Thermolumineszenz (R-TL)-Emission von Quarz (620 nm) für die Thermochronologie im Niedrigst-Temperatur-Bereich. Zur Überprüfung von Modellannahmen sollen granitische Quarze aus der Thermalbohrung Weißenstadt (Fichtelgebirge) aus Tiefen bis 1500 m und Gesteinstemperaturen bis 40-50 °C untersucht werden. Es wird erwartet, dass das normierte natürliche R-TL-Signal nahe der Oberfläche (Jahresmitteltemperatur 5,4 °C) in Sättigung ist und folglich durch additive ionisierende Bestrahlung im Labor nicht mehr wächst. Mit zunehmender Gesteinstemperatur sollte das normierte natürliche TL-Signal aufgrund isothermalen Zerfalls (dynamisches Gleichgewicht) niedriger werden und durch ionisierende Bestrahlung im Labor zu steigern sein. Entsprechende Beobachtungen in der Literatur betreffen bisher Lumineszenz-Emissionen von Quarz mit gegenüber der R-TL um den Faktor 20-100 geringerer Sättigungsdosis. Im beantragten Projekt sollen nun erstmals die relevanten Eigenschaften der R-TL untersucht werden, deren bisher bekannte Sättigungsdosis verspricht, dass Zeiträume von einigen hunderttausend bis wenige Millionen Jahre betrachtet werden können. Für geologisch alte und „eingerumpfte“ Mittelgebirge wie das Fichtelgebirge sind derartige Zeiträume relevant, um die Entwicklung der Naturlandschaft, ihre bis heute wirksame Geodynamik und ihre Georisiken besser zu verstehen.

Nach Abschluss der Grundlagenuntersuchungen soll auf Grundlage der erarbeiteten Erkenntnisse versucht werden, eine thermochronometrische, d.h. auf der Abkühlungsgeschichte des Gesteins basierende Methode im Niedrigst-Temperatur-Bereich (30-50 °C) mit Hilfe der R-TL zu entwickeln, die die Dauer der Abtragung einer obersten ca. 1 km mächtigen Gesteinssäule quantifizieren kann. Aus unterschiedlichen ermittelten Abtragungsraten benachbarter Gebirgsschollen kann dann – bei sonst gleichen Bedingungen wie Klima und Gesteinsart - auf unterschiedliche Hebungsbeträge in jüngster geologischer Vergangenheit sowie auf Georisiken durch endogene Prozesse (z.B. Erdbebengefährdung) geschlossen werden.

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