Ursachen und Auswirkungen des Magmatismus im Bereich der Marie Byrd Seamounts (Amundsensmeer)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit dem Projekt “Marie Byrd Seamounts” sollten Magmenquellen, Petrogenese und zeitlich-räumliche Entwicklung dieser großen Intraplatten-Vulkanprovinz im Amundsenmeer vor der Westanarktis rekonstruiert werden, um neue Erkenntnisse über die Ursachen von Intraplattenvulkanismus und die geodynanische Entwicklung des Südwestpazifiks zu gewinnen. Dazu wurden während der F.S. Polarstern-Expedition ANTXXIII/4 Kartierungen und Probennahmen durchgeführt, die die ersten in situ Proben von den Marie Byrd Seamounts (MBS) erbrachten. Um den känozoischen Magmatismus in dieser Region besser zu charakterisieren, wurden zusätzlich Proben von Peter I. Island und den De Gerlache Seamounts in das Vorhaben mit einbezogen. Da während ANTXXIII/4 auch einzigartige Basementproben von Marie Byrd und Ellsworth Land (Westantarktis) gewonnen werden konnten, wurde das Projekt um deren Analyse erweitert. Damit sollten neue Erkenntnisse über die Entwicklung des Kontinentalrandes von Gondwana vor dem Aufbruch des Superkontinents sowie Basisdaten für die geophysikalischen Untersuchungen von ANTXXIII/4 gewonnen werden. Bathymetrische Daten zeigen, dass alle großen MBS Guyots, d.h. erodierte und abgesunkene Vulkaninseln, sind. 40Ar/39Ar-Datierungen von drei MBS erbrachten früh-känozoische Alter von 64.3 ± 0.84 Ma bis 55.72 ± 0.63 Ma, d.h. der Vulkanismus ereignete sich deutlich nach der Ausbildung des Pazifisch-Antarktischen Rückens und stand somit nicht in unmittelbarem Zusammmenhang mit dem Gondwanaaufbruch. Vulkanite von der submarinen Basis von Peter I. Island wurden auf 1 bis 2 Ma datiert. Kombiniert mit Literaturdaten von den De Gerlache Seamounts (oberes Miozän) zeigen unsere neuen Daten, dass Vulkanismus im Amundsenmeer während verschiedener Zeitintervalle im Känozoikum in räumlich begrenzten Gebieten auftrat. Er kann somit nicht durch einen einzelnen stationären Hotspot erklärt werden. Die MBS und De Gerlache Vulkanite sind leicht alkalisch und besitzen eine eine Ozeaninselbasalt (OIB)-Signatur. Ihre Isotopenverhältnisse zeigen einen starken Einfluss einer HIMU-artigen (hohes zeitintegriertes U/Pb) Mantelkomponente. Prozesse, die die den HIMU-artigen MBS und den De Gerlache Intraplattenvulkanismus erklären könnten, sind z.B. sekundäre “Plumelets”, die vom Pazifischen Superschwell aufsteigen, oder eine Reaktivierung von HIMU-Material, das durch Plumeaktivität vor dem Marie Byrd/Zealandia Rifting der Basis der Lithosphäre hinzugefügt wurde. Der Magmatismus von Peter I. Island ist dagegen stark durch eine EM II Komponete (EM = angereicherter Mantel) beeinflusst und steht wahrscheinlich mit lokalem Upwelling von EM II–artigen Mantel im Zusammenhang. Eine mögliche Erklärung dafür wäre das Aufschmelzen kontinentaler Krustenfragmente, die während des Gondwanaaufbruchs in den oberen Mantel gelangten. In Marie Byrd und Ellsworth Land beprobte Granitoide und trachyandesite Gänge weisen Alter von 152 bis 95 Ma auf mit einer deutlichen Häufung bei 95 - 98 Ma. Die geochemische Zusammensetzung aller Gesteine zeigt eindeutig, dass sie in einem subduktionsbezogenem Milieu entstanden. Bemerkenswerterweise sind alle 95 – 98 Mill. Jahre alten Gesteine SiO2-reiche Adakite, deren Bildung durch die Interaktion von basaltischen Schmelzen aus der subduzierten Platte mit Peridodit im Mantelkeil erklärt wird. Unsere Daten sind konsistent mit dem Modell, dass sich infolge der Kollision des Hikurangi Plateaus, einer ozeanischen Flutbasaltprovinz, mit dem Kontinentalrand von Gondwana vor ca. 100 Mill. Jahren ein “slab window” ausgebildet hat. In Kombination mit geophysikalischen Daten zeigen unsere Analysen weiterhin, dass sich der Wechsel des magmatischen und tektonischen Regimes am proto-pazifischen Rand von Gondwana von subduktionsbezogenen Magmatismus zu großräumiger Extension, Aufbruch des Kontinents und der Bildung des ersten Ozeanbodens in der sehr kurzen Zeitspanne von maximal 5 bis 6 Mill. Jahren ereignete.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006) Erste Ergebnisse aus dem Projekt Ursachen und Auswirkungen des Magmatismus im Bereich der Marie Byrd Seamounts (Amundsenmeer). Koordinations-Workshop SSP “Antarktisforschung”, Bremerhaven
Hauff F, Werner R, Hoernle K, Kipf A, Gauger S, Veit A
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(2007) Chapter 7 "Dredging": Origin and effects of magmatism at the Marie Byrd Seamounts and other seamounts of the Amundsen and Bellinghausen Seas. In: Gohl K, ed., Reports on Polar and Marine Research Vol 557: The Expedition ANTARKTIS-XXIII/4 of the Reaearch Vessel Polarstern in 2006: Bremerhaven, Alfred Wegener-Institut für Polar und Meeresforschung, p. 58-66
Werner R, Hauff F, Daniel K, Hauff S, Just J, Johnson J, Veit A, Zimmermann K
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(2007) Chapter 8 "Geology On Land": Composition and evolution of cenozoic volcanic complexes and the crystalline basement of Marie Byrd and Ellsworth Land. In: Gohl K, ed., Reports on Polar and Marine Research Vol 557: The Expedition ANTARKTIS-XXIII/4 of the Reaearch Vessel Polarstern in 2006: Bremerhaven, Alfred Wegener-Institut für Polar und Meeresforschung, p. 67-76
Werner R, Daniel K, Hauff F, Veit A
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(2008) Age and origin of magmatism at the Marie Byrd Seamounts (Amundsen Sea) . EGU General Assembly, Vienna, Austria
Kipf A, Werner R, Gohl K, Hauff F, van den Bogaard P, Hoernle K
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(2008) Erste Ergebnisse von Untersuchungen zu Ursachen und Auswirkungen des Magmatismus im Bereich der Marie Byrd Seamounts (Amundsenmeer). 23. Internationale Polartagung der Deutschen Gesellschaft für Polarforschung, Münster
Kipf A, Werner R, Gohl K, Hauff F, Viereck-Götte L, van den Bogaard P, Veit A, Hoernle K
