Submicron scale metamorphic processes in Óbrennberg Micaschist from the Sopron area  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
128118
Type PD
Principal investigator Dégi, Júlia
Title in Hungarian Szubmikrométeres léptékű metamorf folyamatok a Sopron környéki Óbrennbergi Csillámpalában
Title in English Submicron scale metamorphic processes in Óbrennberg Micaschist from the Sopron area
Keywords in Hungarian nagy felbontású mikroanalitika, termodinamikai modellezés, diffúzió-kontrollált folyamatok, gránát zónásság, Sm-Nd kormeghatározás, gránát izoplet termobarometria
Keywords in English high resolution microanalytics, thermodynamic modelling, diffusion-controlled processes, garnet zoning, Sm-Nd dating, garnet isopleth thermobarometry
Discipline
Mineralogy, Petrology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Mineralogy
Panel Earth sciences 1
Department or equivalent Földtani Főosztály (Supervisory Authority of Regulatory Affairs)
Starting date 2017-07-01
Closing date 2018-01-31
Funding (in million HUF) 4.764
FTE (full time equivalent) 0.47
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az Óbrennbergi Csillámpala (ÓCs) rendkívül fontos szerepet játszik a Sopron környéki kristályos aljzat metamorf fejlődéstörténetének, valamint az Alpokhoz való viszonyának meghatározásában. Annak ellenére, hogy a hetvenes évektől 2003-ig számos tanulmány foglalkozott a témával, számos kérdés a mai napig megválaszolatlan maradt. Nem pontosan ismertek a pre-alpi és alpi metamorf fázisban lezajlott ásványreakciók és azok egymáshoz való viszonya, nagy a metamorf korok bizonytalansága és erősen vitatott az ÓCs korrelációja ausztroalpi analógokkal. Ezen felül az ÓCs metamorf fejlődéstörténete ásványegyensúlyokra és konvencionális termobarometriára épül, ami ma már idejét múlt és nem összehasonlítható az alpi metapélitek esetében használt módszerekkel. Az alpi analógiák felállításához pedig elengedhetetlen az összehasonlítás.
A projekt során az ÓCs teljes P-T-t fejlődéstörténetét rekonstruálni szeretném a jól megőrződött pre-alpi reliktumokat tartalmazó And-Sil-Bt palák és az ezekből erős alpi felülírással keletkezett Ky-St-Cld-Grt-tartalmú csillámpalák alapján. Nagyfelbontású elektronsugaras analitikai technikák segítségével kiegészítem a meglevő petrográfiai és ásványkémiai információkat a szubmikrométeres skálán megjelenő mikroszerkezetek és kémiai heterogenitások leírásával. A megfigyelt ásványegyüttesek P-T stabilitási mezejét termodinamikai modellezéssel határozom meg. A különböző gránát generációk egyes szemcséiből és szeparátumaiból Sm-Nd kormeghatározást végzek. Gránát izoplet termobarometria és diffziós modellezés segítségével becslést adok azon folyamatok időtartamára, melyek a gránát profiroblasztok komplex kémiai zónásságát létrehozták.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az Óbrennbergi Csillámpala rendkívül fontos szerepet játszik a Sopron környéki kristályos aljzat metamorf fejlődéstörténetének, valamint az Alpokhoz való viszonyának meghatározásában. A projekt fő célkitűzése az Óbrennbergi Csillámpala teljes nyomás-hőmérséklet-idő fejlődéstörténetének meghatározása, ami elengedhetetlen az alpi analógiák megtalálásához. Erre a célra a jól megőrződött pre-alpi reliktumokat tartalmazó andaluzit-sillimanit-biotit palák és az ezekből erős alpi felülírással keletkezett kianit-staurolit-kloritoid-gránát-tartalmú csillámpalák részletes vizsgálatát tervezem. Nagyfelbontású elektronsugaras analitikai technikák segítségével kiegészítem a meglevő petrográfiai és ásványkémiai információkat a szubmikrométeres skálán megjelenő mikroszerkezetek és kémiai heterogenitások leírásával. A megfigyelt ásványegyüttesek P-T stabilitási mezejét termodinamikai modellezéssel határozom meg. A pre-alpi nagy hőmérsékletű eseményt valamint az alpi metamorfózist az ezek során képződött gránát generációk Sm-Nd kormeghatározása lapján datálom. Szimulálni fogom a gránát profiroblasztok komplex kémiai zónásságát gránát izoplet termobarometria és diffziós modellezés segítségével, így becslést adok azon folyamatok időtartamára, melyek a zónásságot létrehozták.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A tervezett projekt várhatóan hozzájárul az Ausztroalpi egységek geodinamikai rekonstrukciójához és új perspektívákat nyit a modern analitikai technikákban.
A projekt fő célkitűzése az Óbrennbergi Csillámpala teljes nyomás-hőmérséklet-idő fejlődéstörténetének meghatározása, ami elengedhetetlen az alpi analógiák megtalálásához. Ez hozzájárul az Alpok kialakulása során működő tektonikai folyamatok, illetve általánosságban a hegységképződési folyamatok megértéséhez, mely utóbbi számos gazdaságilag hasznosítható eseményt (például ércképződés) is magába foglal.
A kutatás során alkalmazott nagyfelbontású elektronsugaras mikroanalitikai technikák az elmúlt évek fejlesztéseinek eredményei. Használatukkal lehetővé válik a soproni polimetamorf kőzetek ezidáig ismeretlen szubmikrométeres léptékű tulajdonságainak meghatározása. A szubmikrométeres léptékű megfigyelések termodinamikai és diffúziós modellezése információt szolgáltat a befagyott, diffúzió-kontrollált ásványreakciók hajtóerejéről és időtartamáról. A szilárd fázisú, diffúzió-kontrollált reakciók jobb megértése hozzájárulhat a mindennapi életben használt szilikátos anyagok élettartama során előforduló ásványtani és mikroszerkezeti változások értelmezéséhez és előrejelzéséhez.
A projekt komoly perspektívákat jelent a metamorf kőzettanban is, hiszen a soproni kristályos aljzat metamorf kőzeteiben megőrződött folyamatok időtartamára vonatkozóan még semmilyen becslés nem áll rendelkezésre. Ezen felül a szerző korábbi munkáitól eltekintve Magyarországon még senki nem alkalmazta a külföldön jól ismert, diffuziós modellezésen alapuló metamorf reakciósebesség becslést. A projektben tervezett gránát izoplet termobarometria lehetőséget ad a tanulmányozott kőzet nyomás-hőmérséklet-idő történetének nagyon pontos, lépésenkénti meghatározására, míg az önálló gránát szemcsék Sm-Nd kormeghatározása alkalmas petrográfiailag jól meghatározott metamorf események abszolút korolására. Mindkét módszer dinamikusan fejlődő terület, melyre a nemzetközi irodalomban is csak néhány példa található.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az Óbrennbergi Csillámpala (ÓCs) a Soproni-hegység kristályos aljzatának jellegzetes átalakult kőzetsorozata, melynek ásványtársulásai megőrizték a pre-alpi és alpi hegységképződési ciklusok során bekövetkezett nyomás- és hőmérséklet-változásokat. Az ÓCs rendkívül fontos szerepet játszik a Soproni-hegység fejlődéstörténetének, valamint az Alpokhoz való viszonyának meghatározásában. A projekt fő célkitűzése az ÓCs nyomás-hőmérséklet-idő fejlődéstörténetének meghatározása, és ez alapján alpi analógiák keresése. Ez hozzájárul az Alpok kialakulása során működő tektonikai folyamatok, illetve általánosságban a hegységképződési folyamatok megértéséhez, mely utóbbi számos gazdaságilag hasznosítható eseményt (pl. ércképződés) is magába foglal. A vizsgált kőzetek nyomás-hőmérséklet-idő fejlődéstörténetét szubmikrométeres léptékű petrográfia és ásványkémia, termodinamikai modellezés, radiometrikus kormeghatározás valamint diffúziós modellezés alapján határozom meg. A szubmikrométeres léptékű jellegzetességeket nagyfelbontású elektronsugaras mikroanalitikai technikák segítségével derítem fel. A megfigyelt ásványtársulások kialakulásának nyomás-hőmérséklet viszonyait termodinamikai modellezéssel határozom meg. A fejlődéstörténet egyes lépéseinek időpontját az önálló gránát szemcséken végzett Sm-Nd radiometrikus kormeghatározás teszi lehetővé. Gránát izoplet termobarometria és diffúziós modellezés segítségével kerül sor a tanulmányozott kőzet nyomás-hőmérséklet-idő történetének nagyon pontos, lépésenkénti meghatározására. A fent leírt módszerek elengedhetetlenül fontos információkat szolgáltatnak és a soproni kristályos aljzat esetében a projekt keretében kerülnek először alkalmazásra.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Óbrennberg Micaschist (ÓM) is of key importance in determining the metamorphic evolution of the Sopron area and its relation to the Alps. They contain well-preserved pre-Alpine mineral assemblages, which are obliterated by Alpine metamorphism to various degrees in some places. Although ÓM was intensely studied between 1970-2003, several problems still remain unresolved. These include understanding pre-Alpine and Alpine mineral reactions and their relation to each other, dating metamorphic events and correlation of ÓM to Austroalpine analogues. In addition, metamorphic evolution of these rocks is based on mineral equilibria and conventional geothermobarometry, which is out-of-date now and not comparable to the methods used in the case of Alpine metapelites. However, this comparison is inevitable to find Austroalpine analogues.
This project aims to re-examine And-Sil-Bt schists and Ky-St-Cld-Grt bearing micaschists in order to reconstruct pre-Alpine and Alpine P–T–t paths of the ÓM, respectively. Using high spatial resolution electron beam microanalytical techniques, submicron scale microstructure, and chemical heterogeneities will be studied in order to complement petrographic observations described in earlier works. P–T stability fields of observed mineral assemblages will be determined from thermodynamic modelling. Time constraints on the metamorphic evolution will be derived from Sm-Nd age determination of individual grains or monomineralic separates of different garnet porphyroblast generations and the duration of some metamorphic events determined from garnet isopleth thermobarometry and diffusion modelling of element distributions in zoned garnet porphyroblasts.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Óbrennberg Micaschist is of key importance in determining the metamorphic evolution of the Sopron area and its relation to the Alps. The main aim of this project is to determine the complete pre-Alpine and Alpine pressure-temperature-time evolution of Óbrennberg Micaschist in order to correlate these rocks to Alpine analogues. For this purpose, two rock types, andalusite-sillimanite-biotite schists and kyanite-staurolite-chloritoid-garnet bearing micaschists, preserving pre-Alpine and Alpine metamorphic evolution, respectively are planned to be studied in detail. Using high spatial resolution electron beam microanalytical techniques, submicron scale microstructure, and chemical heterogeneities will be studied in order to complement petrographic observations described in earlier works. P–T stability fields of observed mineral assemblages will be determined from thermodynamic modelling. A pre-Alpine high temperature event and Alpine metamorphism will be dated using Sm-Nd age determination of different garnet porphyroblast generations. Measured chemical zoning patterns of garnet porphyroblasts will be numerically simulated using garnet isopleth thermobarometry and diffusion modelling in order to estimate the duration of some metamorphic events.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The planned project is expected to contribute to the geodynamic evolution of the Austroalpine units as a whole and it opens perspectives in the development of advanced analytical techniques.
The project aims to determine the complete pre-Alpine and Alpine pressure-temperature-time evolution of Óbrennberg Micaschists in order to correlate these rocks to Alpine analogues. This helps in understanding the tectonic processes acting during the formation of the Alps and mountain formation in general, during which several economically interesting processes, e.g. ore formation take place.
High resolution electron beam microanalytical techniques used in the planned project are recent developments and allow for the study of submicron scale features of polymetamorphic rocks, which have not yet been investigated in the Sopron area. These features contain numerous information on incomplete, diffusion-controlled mineral reactions which can be derived from thermodynamic and diffusion modelling used in the project. Understanding of diffusion-controlled reactions in solid state may contribute to interpret and predict mineralogical changes in silicate materials used in every day life during their lifetime.
Regarding perspectives in metamorphic petrology, the project is the first attempt to estimate the duration of metamorphic processes in rocks of the Sopron area. Disregarding previous works of the project leader, geospeedometry has not been applied for Hungarian rocks so far. Garnet isopleth thermobarometry provides a unique opportunity to model the step-by-step pressure-temperature-time evolution of the studied rocks very precisely. Sm-Nd dating of individual garnet grains planned in the project allows for the absolute dating of individual metamorphic events. These methods are state of the art modelling and analytical techniques, respectively, of which have only a few examples in international literature as well.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Óbrennberg Micaschist is a series of metamorphic rocks in the crystalline basement of the Sopron Mts., in which mineral assemblages have preserved pressure and temperature changes during pre-Alpine and Alpine orogenic cycles. Therefore it is of key importance in determining the metamorphic evolution of the Sopron area and its relation to the Alps. The main aim of this project is to reconstruct the complete pre-Alpine and Alpine pressure-temperature-time evolution of Óbrennberg Micaschist in order to correlate these rocks to Alpine analogues. This helps in understanding tectonic processes acting during the formation of the Alps and mountain formation in general, during which several economically interesting processes, e.g. ore formation, take place.
Pressure-temperature-time evolution of the studied rocks will be reconstructed on the basis of submicron scale petrography and mineral chemistry, thermodynamic modelling, radiometric age determination and diffusion modelling. Submicron scale features will be detected using high resolution electron beam microanalytical techniques. Thermodynamic modelling will be used for the estimation of formation pressure-temperature conditions of the observed mineral assemblages. Sm-Nd radiometric age determination will be done from individual garnet grains, which allows for the absolute dating of individual metamorphic events. Garnet isopleth thermobarometry combined with diffusion modelling will be used to determine the duration of stepwise pressure and temperature changes. These techniques provide inevitable information on the pressure-temperature-time evolution and this will be their first application for rocks of the Sopron area.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az Óbrenbergi Csillámpala (ÓCs) jelentős mennyiségű pre-alpi reliktumot tartalmaz, ezáltal a soproni terület fejlődéstörténetének meghatározásában és az ausztroalpi korrelációban fontos szerepe van. Ennek ellenére ellentmondásos volt a pre-alpi események száma, kora és P-T körülményei. A projekt ezek pontosítását tűzte ki célul modern analitikai technikák (FE-EPMA, ICP-MS, Sm-Nd gránát kormeghatározás) és termodinamikai modellezés segítségével. Az eredmények alapján 3 tektonometamorf esemény különíthető el. A gránát porfiroblasztok magja 330 M éve 650°C 0.65 GPa között kristályosodott a variszkuszi ciklusban. Majd 570°C és 0,37GPa alá történő hűlés és dekompresszió során andalúzit keletkezett. A permotriász során a 0,4GPa körüli izobár hőmérséklet-emelkedés 650-680°C-ig vezetett a gránát és andalúzit destabilizációjához és a kálifölpát-sillimanit-biotit-plagioklász-olvadék együttes kialakulásához, majd izobár hűlés során 590°C alatt rehidratáció és új andalúzit növekedést indult. A prográd alpi cilkusban 580°C, 0,36 GPa-ról maximum 680 °C, 0,65 GPa-ra nőtt a nyomás, majd dekompresszió következett 560 °C, 0,35 GPa alá. Az eredmények egyértelműen bizonyítják, hogy 2 pre-alpi ciklus volt és az alpi metamorfózis soán az ÓCs csak csak közepes nyomású metamorfózist, így az ÓCs a styriai Rabenwald takaróval korrelálható. A kutatás kiterjedt a gránátok nyomelem-zónásságnak és a cink megoszlásának vizsgálatára metamorf reakciókban.
Results in English
The Óbrennberg Micaschist (ÓM) contains well-preserved pre-Alpine relics in 3 domains. However, the number, age and PT conditions of pre-Alpine events and the correlation of ÓCs with other Austroalpine units were the subject of debate. The project aimed to resolve these problems using state of the art analytical techniques (FE-EPMA, ICP-MS, Sm-Nd garnet dating) and thermodynamic modelling tools. The relation of pre-Alpine domains to each other was clarified and 3 tectonometamorphic stages were distinguished. The Variscan garnet cores were formed around 650°C 0.65 GPa at ca. 330Ma. It was followed by decompression and cooling below 570°C 0.37GPa to from andalusite. Isobaric heating around 0.4GPa to 650-680°C during the Permo-Triassic high temperature event resulted in the destabilization of andalusite and garnet and the formation of a K-feldspar-sillimanite-biotite-plagioclase-melt mineral assemblage. The following retrograde cooling below 590°C led to rehydration and new andalusite formation. Nearly isothermal Alpine prograde compression from 580°C, 0.36 GPa to a maximum of 680 °C, 0.65 GPa was followed by retrograde decompression and cooling down to 560°C, 0.35 GPa. Evidence was provided for the existence of 2 pre-Alpine events and for medium pressure Alpine metamorphism experienced by the ÓM in the Alpine. The ÓM is correlated with the Rabenwald Nappe in Styria. In addition, trace element zoning of garnets and redistribution of Zn in HT metamorphic reactions was studied.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=128118
Decision
Yes





 

List of publications

  
Török K, Németh B, Koller F, Dégi J, Badenszki E, Szabó Cs, Mogessie A: Evolution of the middle crust beneath the western Pannonian Basin: a xenolith study., Mineralogy and Petrology, 108, 33–47, 2014
Németh, B., Török, K., Kovács, I., Szabó, C., Abart, R., Dégi, J., Mihály, J., Németh, C.: Melting, fluid migration and fluid-rock interactions in the lower crust beneath the Bakony-Balaton Highland volcanic field: a silicate melt and fluid inclusion study, Mineralogy and Petrology 109, 217–234, 2015
Király E, Török K, Dégi J, Kertész Zs, Abart R: A kő-hegyi (Soproni-hegység) gránátok magmás és metamorf képződésének körülményei EMPA, PIXE és LA-ICP-MS vizsgálatok alapján, 7. Kőzettani és Geokémiai Vándorgyűlés, Itt az idő! Kőzettani-geokémiai folyamatok és azok geokronológiai vonatkozásai, 45–48, ISBN 978-963-8321-52-7, 2016
Király E., Török K., Dégi J., Kertész Zs., Abart, R: Evolution history of a single garnet (Kő-hegy, Sopron Mountains, Hungary) based on major- and trace-element studies by EPMA, micro-PIXE and LA-ICP-MS, CETEG 2017, 15th Meeting of the Central European Tectonic Groups, 2017. április 5-8., Zánka, CETEG 2017 Abstract Volume, 2017
Ralf Schuster, Martin Reiser, Manfred Linner, Júlia Dégi, Edit Király, Gerhard W. Mandl: Correlation of basement units from the Pannonian basin and surrounding areas based on lithological associations and the distribution of tectonometamorphic imprints (keyn, CETEG 2017, 15th Meeting of the Central European Tectonic Groups, 2017. április 5-8., Zánka, CETEG 2017 Abstract Volume, 2017
Török Kálmán, Király Edit, Dégi Júlia: A Soproni Gneisz csillámainak nyomelem-geokémiai változásai a magmás–metamorf fejlődéstörténet tükrében, 8. Kőzettani és Geokémiai Vándorgyűlés, 2017. szeptember 7–9., Szihalom, Absztrakt kötet, 164–167, 2017
Dégi Júlia, Török Kálmán, Ralf Schuster: Distinction of Variscan, Permo-Triassic and Alpine events in andalusite-biotite-sillimanite schists from Sopron area, W-Hungary, CETEG 2015 Abstract Volume, 12, 2015
Dégi Júlia, Török Kálmán: Metamorf reakciók szubmikronos reliktumai az Óbrennbergi Csillámpalában, 10. Téli Ásványtudományi Iskola, Elektronikus előadás kivonatok, 2015
Dégi Júlia, Török Kálmán, Ralf Schuster: Szubmikrométeres léptékű megfigyelések az Óbrennbergi Csillámpalában — Három tektonikai ciklus elkülönítése, 6. Kőzettani és Geokémiai Vándorgyűlés, Meddig ér a takarónk? A magmaképződéstől a regionális litoszféra formáló folyamatokig, 42-45, 2015
Király Edit, Török Kálmán, Dégi Júlia: Gránátok nyomelemvilága mórágyi és soproni minták alapján, 6. Kőzettani és Geokémiai Vándorgyűlés, Meddig ér a takarónk? A magmaképződéstől a regionális litoszféra formáló folyamatokig, 75-78, 2015
Jafari Fesharaki M, Nabiyouni GR, Dégi J, Pogány L, Révész Á, Bakonyi I, Péter L: Anomalous codeposition of cobalt and ruthenium from chloride-sulfate baths, J SOLID STATE ELECTR később lesz ismert: később lesz ismert, 2012
Jafari Fesharaki M, Péter L, Schucknecht T, Rafaja D, Dégi J, Pogány L, Neuróhr K, Széles É, Nabiyouni G, Bakonyi I: Magnetoresistance and structural study of electrodeposited Ni-Cu/Cu multilayers, J ELECTROCHEM SOC 159: (3) D162-D171, 2012




 

Events of the project

  
2016-08-10 15:10:36
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Adatkezelési Főosztály (Magyar Földtani és Geofizikai Intézet), Új kutatóhely: Geokémiai és Laboratóriumi Főosztály (Magyar Földtani és Geofizikai Intézet).



Back »