Die Differenzierung tholeiitischer Basalte - Der Einfluss der primitiven Zusammensetzung und kleiner Mengen von H2O
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Tholeiitischer Basalt ist die vorherrschende Art von basaltischem Magma auf der Erde, und geochemische Untersuchungen zeigen, dass es eine große Vielfalt an Mg-reichen primitive Zusammensetzungen gibt. Infolge dieser Vielfalt an primitiven Magmen sind verschiedene mögliche Kristallisationstrends je nach thermodynamischen Bedingungen (P-T, fO2, Wasser Aktivität) zu erwarten. Die Entwicklung der Zusammensetzung von Restschmelzen mit zunehmender Kristallisation wurden in Experimente untersucht. Das Problem ist, dass die meisten derartigen Experimente bislang bei 1 atm durchgeführt wurden. Solche Bedingungen sind nicht mit dem Vorhandensein von Magmakammern in der Tiefe vereinbar und können nur mit Hochdruckexperimenten simuliert werden. Hochdruckexperimente bei 50-700 MPa sind jedoch rar, und die Zusammensetzungen der produzierten Restschmelzen stimmen nicht mit natürlichen Basaltgläsern überein (insbesondere für FeO, SiO2). In diesem Projekt wurden neue Kristallisationsexperimente mit einem Spektrum möglicher Zusammensetzungen von tholeiitischen Basalten durchgeführt, um die Rolle der Zusammensetzung von primitiven Magmen auf Differenzierungspfade und Restschmelzen einzugrenzen. Typische primitive Zusammensetzungen vom mittelozeanischer Rücken, von ozeanischen Inseln und von Inselbogen basalten wurden untersucht. Die Kristallisationsexperimente wurden in einem intern beheizten Druckbehälter bei 50, 100, 200 und 300 MPa unter trockenen und wasserhaltigen (<1 Gew.-% H2O) Bedingungen sowie bei 1 atm. in einem Gasgemisch-Ofen durchgeführt. Bei den meisten unserer Hochdruckexperimente können die experimentell synthetisierten Schmelzen die Zusammensetzungen von natürlichen Basalten reproduzieren. Unsere Experimente ermöglichen es uns, die Rolle des Drucks und des Wassergehalts der Schmelze auf die geochemische Entwicklung basaltischer Schmelzen mit fortschreitender Kristallisation zu quantifizieren. Bei zwei untersuchten Basalten des Mittelozeanischen Rückens wurden jedoch Restschmelze produziert, die erheblich von natürlichen Zusammensetzungen abweichen, was darauf hindeutet, dass diese Basalte ungewöhnlich und nicht typisch für Mantelschmelzen sind. Je nach Ausgangsmaterial, das für die Experimente verwendet wurde, kann das Kristall/Schmelze-Verhältnis bei einem bestimmten Druck, einer bestimmten Temperatur und einer bestimmten Wasseraktivität erheblich abweichen, selbst wenn die Zusammensetzungen die gleiche Liquidusphase aufweisen. Dies bedeutet, dass die Zusammensetzungsmerkmale verarmter Basalte durch die Reaktion mit anderen Magmen auf dem Weg an die Oberfläche überprägt werden können. Sehr primitive Schmelzen, die aus verarmten Quellen stammen, werden auf ihrem Weg durch die Erdkruste mit großer Wahrscheinlichkeit ihre Zusammensetzung durch Reaktion mit anderen Magmen verändern. Infolgedessen wird die Basaltchemie stärker von Schmelzen aus angereicherten Quellen beeinflusst als von Schmelzen aus dem lherzolitischen oberen Erdmantel.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Magmatic evolution biases basaltic records of mantle chemistry towards melts from recycled sources. Earth and Planetary Science Letters, 520, 199-211.
Neave, David A.; Namur, Olivier; Shorttle, Oliver & Holtz, François
