Der Ursprung der K-reiche Magmatismus aus Alpen-Himalaya Orogen: Eine kombinierte analytische und experimentelle Studie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt simulieren wir die Schmelzprozesse innerhalb der Mantelquelle orogener Magmen mit dem Ziel, die Probleme des gegenseitigen Auftretens verschiedener K-reicher Laven und ihrer gegensätzlichen geochemischen Signale zu lösen. K-reicher mantelabgeleiteter Magmatismus, der im Alpen-Himalaya-Orogengürtel (AHOB) auftritt, ist durch die enge Assoziation verschiedener petrologischer Mitglieder gekennzeichnet, darunter Kalk-alkalische, shoshonitische und lamproitische Laven mit hohem K-Wert. Ihre Quelle ist kein homogener Peridotit, sondern heterogen, metasomatisiert mit den metasomatischen Ansammlungen – Metasomen. Diese Metasomen befinden sich in den Adern innerhalb des peridotitischen Wandgesteins und sind durch die “melt-mantle-reaction“ an den Plattengrenzen während der vorherigen Subduktion entstanden. Das Projekt konzentrierte sich auf zwei Hauptprozesse: i) das Schmelzen der Metasomen in Gegenwart vom Peridotit; Hier untersuchen wir die physikalisch-chemischen Eigenschaften der resultierenden Schmelzen einschließlich ihres Schmelzmodus. Dieser Teil umfasst 1-5GPa-Experimente (Metasom-Peridotit-Experimente), bei denen wir die Schmelzprozesse innerhalb der Mantelquelle orogener Schmelzen, aber auch kratonischer Mantel-abgeleiteter Magmen simulieren. Wir kombinieren Phlogopit-Klinopyroxenite entweder mit Harzburgit oder Lherzolit, in denen diese Gesteinsarten zwei Hälften jeder Kapsel bilden, wodurch die Metasom-Schmelze mit dem Peridotit reagieren kann, wodurch die “melt-mantle-reaction“ simuliert wird; ii) Bildung der Metasomen (Krusten-Peridotit-Experimente). Die wichtigsten Erkenntnisse unserer Forschung lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. In jedem unserer Metasom-Peridotit-Experimenten werden zwei Schmelzzusammensetzungen erzeugt: die Metasom-Schmelze mit niedrigerem SiO2-, höherem MgO- und ähnlichem K2O-Gehalt wie Infiltrationsschmelze innerhalb des peridotitischen Teils, die mit dem Peridotit reagiert und Opx assimiliert und kristallisiert Ol, was zu Erhöhungen des Ol/Opx-Verhältnisses führt. 2. Metasom-Peridotit-Experimente zeigen eine wesentliche Rolle des Peridotit-Typs (Lherzolith vs. Harzburgit) auf die Zusammensetzung der resultierenden Schmelze: Wenn Lherzolith beteiligt ist, sind die resultierenden Infiltrationsschmelzen Si-reich (bis zu 55 Gew.- % SiO2 ), mit hohem Al2O3 (bis zu 17 Gew.-%), ähnlich orogenen Kalk-alkalischen und shoshonitischen Laven mit hohem K-Gehalt; Wenn Harzburgit involviert ist, sind die resultierenden Infiltrationsschmelzen immer noch Si-reich (bis zu 55 Gew.-% SiO2), aber mit weniger Al2O3 (etwa 10 Gew.-%) und CaO, was orogenen Lamproiten ähnelt. 3. Die Metasom-Peridotit-Experimente mit dem kaersutitreichen Metasom und Peridotit zeigen, dass die Infiltrationsschmelzen bei niedriger Temperatur siliziumdioxidreich sind (bis zu 50 Gew.-% SiO2), mit niedrigem Na2O/K2O (~1) ähnlich Alpen- Himalaya-Orogengürtel mit hohem K-Kalk-Alkali sowie shoshonitische Laven. Bei erhöhtem T ähneln die Infiltrationsschmelzen jedoch Within-plate Laven, nicht nur in Bezug auf Hauptelemente mit erheblich höherem Na2O/K2O und niedrigerem SiO2 (>>1), sondern auch in Bezug auf Spurenelementmuster. 4. Metasom-Peridotit-Experimente zeigen auch, dass der Spurenelementgehalt der infiltrierenden Schmelze vollständig durch die Zusammensetzung des Metasoms gesteuert wird, unabhängig davon, ob der Peridotit lherzolitisch oder harzburgitisch ist. 5. Unsere Metasom-Peridotit-Experimente veranschaulichen, dass das Schmelzen gemischter Quellregionen nicht einfach eine Frage der Herstellung und Mischung zweier Schmelztypen ist; Vielmehr reagiert die im Gestein mit der niedrigeren Schmelztemperatur erzeugte Schmelze mit dem zweiten Gestein, verändert dessen Mineralogie und nimmt einige seiner Bestandteile auf. 6. In unseren Krusten-Peridotit-Experimenten, in denen die Reaktion flüchtiger Teilschmelzen aus Sedimenten mit abgereichertem Peridotit untersucht wurde, beobachteten wir die Trennung von Elementen und eine geschichtete Anordnung von metasomatischen Phasen mit Schichten, die aus Orthopyroxen, Glimmer-Pyroxenit und Klinopyroxenit bestanden an der Sediment-Peridotit-Grenzfläche sowie innerhalb des Peridotits. Der selektive Einbau von Elementen in diese metasomatischen Schichten ähnelt stark chemischen Mustern, die in K-reichen Magmen gefunden werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Reaction Experiments of Glimmerite + Harzburgite at 1-2 GPa and Genesis of Orogenic Ultrapotassic Magmas, EMPG XV, Zurich, 06/2016
Förster, M. W., Prelević, D., Buhre, S., Schmück, H. R., Veter, M., Mertz-Kraus, R., Foley, S. F., Jacob, D. E.
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Reaction Experiments of Glimmerite + Harzburgite at 3-5 GPa and Genesis of low-SiO2 Ultrapotassic Magmas, EMPG XV, Zurich, 06/2016
Förster, M. W., Prelević, D., Buhre, S., Schmück, H. R., Veter, M., Foley, S. F., Jacob, D. E.
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Partitioning of nitrogen during partial melting of phlogopite-rich metasomes. Goldschmidt2017, Paris, France, 08/2017
Förster, M. W., Prelević, D., Buhre, S., Foley, S. F.
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(2018). The origin of Alpine-Himalayan orogenic K- rich lavas: an integrated experimental and geochemical approach. EMAW 2018., 3rd European mantle workshop, Pavia - Università Centrale
Prelević, D., Buhre, S., Förster, M.
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(2018). The origin of Alpine-Himalayan orogenic K- rich lavas: an integrated experimental and geochemical approach. Goldschmidt 2018, abstracts
Prelević, D., Buhre, S., Förster, M.
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Nitrogen partitioning in subduction zone processes. IMA2018, Melbourne, 08/2018
Förster, M. W., Prelević, D., Buhre, S., Foley, S. F.
