Time scales for vertically moving axial magma chambers at fast-spreading ocean ridges and involved magmatic reactions: Insights from IODP Site 1256
Final Report Abstract
Dieses Projekt sollte neue Einblicke in die Dynamik von axialen Magmenkammern unter schnell-spreizenden ozeanischen Rücken liefern, wobei in zwei Subprojekten insbesondere auf die Zeitskalen der Auf- und Abwärtsbewegungen von axialen Magmenkammern und auf die zu erwartenden magmatischen Prozesse/Reaktionen fokussiert wurde. Möglich wurde dieses Vorhaben durch die IODP Multi-Leg Mission "Superfast Spreading Rate Crust" am Site 1256 (äquatorialer östlicher Pazifik), wo erstmalig geeignete Proben erbohrt wurden, an denen geospeedometrische Methoden für diese Fragestellung eingesetzt werden konnten. IDOP Expedition 312 durchbohrte erfolgreich eine fossile Abschreckungszone über einer axialen Magmenkammer im Gabbro/Dike-Übergangsbereich, in der typische Hornfelse, sog. "granoblastische Dikes" ausgebildet wurden, als Folge der thermischen Einwirkung einer aufsteigenden axialen Magmenkammer. In diesen Hornfelsen treten Plagioklase mit charakteristischen Diffusionsprofilen auf, aus denen über die Methode der Diffusions- Modellierungen Abkühlraten berechnet werden konnten, um damit auch Information über die Zeitskalen für die Auf/Ab-Dynamik von axialen Magmenkammern unter den Rückensystemen zu etablieren. In diesem Projekt präsentieren wir einen quantitativen Ansatz, über Diffusions-Modellierungen in speziell zonierten Plagioklas-Mikrophänokristen aus den "granoblastischen Dikes" Informationen über die Zeitskalen des Magma-Replenishment in den axialen Magmenkammern und deren Abkühlung zu ziehen. Das wurde dadurch ermöglicht, weil diese Plagioklas-Mikrophänokristen idiomorphe Kerne aus dem primär-magmatischen Stadium der Dike- Bildung aufweisen, deren Ränder sich während der kontaktmetamorphen Überprägung, die durch eine aufsteigende axiale Magmenkammer bedingt wurde, mit der granoblastischen Mineralparagenese (Plagioklas – Klinopyroxen – Orthopyroxen – Fe-Ti Oxid) re-äquilibrierten. Auf der Basis eines geologischen Modells, das die Beziehung zwischen Magma Replenishment in der axialen Magmakammer und der hydrothermalen Zirkulation in der basaltischen Oberkruste beschreibt, konnten wir Abkühlungsraten für die Dike/Gabbro-Übergangszone ermitteln. Die Ergebnisse werfen nun erstmalig Licht auf die Zeitskalen des Magma-Replenishments und implizieren darüber hinaus, dass die hydrothermale Kühlung über den axialen Magmenkammer extrem schnell und effizient ist. Im Detail zeigen die Ergebnisse, dass sich die Abkühlung der rekristallisierten Sheeted Dikes oberhalb der axialen Magmenkammern von Temperaturen der Peak-Metamorphose (1000 – 1050°C) bis auf ~ 600°C in einem kleinen Zeitraum von nur 5-30 Jahren vollzog, als Folge von einer sehr intensiven, höchst effizienten hydrothermalen Zirkulation über der axialen Magmenkammer während einer Phase schwacher magmatischer Aktivität. Das beobachtete Zeitintervall stimmt gut mit anderen Studien überein, in denen mit indirekten Methoden ebenfalls auf eine jährliche bis dekadische Zyklizität geschlossen wurde und belegen, wie effektiv sich die Wärme-Extraktion von hochliegenden axialen Magmenkammern an schnellspreizenden Systemen durch hydrothermale Zirkulation vollzieht. Dieser durch das Projekt ermöglichte Befund ist auch von hoher Signifikanz für das Verständnis des Mechanismus der Krusten-Akkretion an schnell-spreizenden ozeanischen Rückensystemen und unterstützt ein Akkretionsmechanismus nach dem "Gabbro Glacier" Modell.
Publications
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(2010): Time scales for vertically moving axial magma chambers at fast-spreading ocean ridges and involved magmatic reactions: Insights from IODP Site 1256. DMG Jahrestagung 2010, Münster
Kirchner C., Koepke J., Behrens H.
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(2011): Towards a numerical model to constrain the time scales for vertically moving axial magma chambers at fast-spreading ocean ridges. Goldschmidt Conference 2011, Prag
Kirchner C., Koepke J., Behrens H.
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(2012): Experimental constraints on the rate of assimilation during upward migration of axial magma chambers beneath fast spreading ocean ridges. EMPG conference 2012, Kiel
Kirchner C., Koepke J., Behrens H.
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Rapid hydrothermal cooling above an axial melt lens at fast-spreading mid-ocean ridge. Scientific Reports volume 4, Article number: 6342 (2014)
Chao Zhang, Jürgen Koepke, Clemens Kirchner, Niko Götze and Harald Behrens
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Data report: microanalytical and geothermometric investigations on granoblastic dikes from the gabbro–dike transition from Hole 1256D (IODP Expedition 335, East Pacific Rise). Proceedings of the Integrated Ocean Drilling Program, Volume 335, 2015, 20 S.
Jürgen Koepke, Niko Goetze
