Aufschmelz- und frühe petrogenetische Prozesse im oberen Erdmantel: Kombinierte in situ-Analytik an Olivinen (Sauerstoff-Isotopie, Neben- und Spurenelementzusammensetzung) von Vulkanfeldern der känozoischen zirkum-mediterranen magmatischen Provinz
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt untersuchten wir in-situ Sauerstoff Isotopen δ18Ovsmow (Spotdurchmesser um 8 µm) zusammen mit in-situ Haupt-, Neben- (Spotdurchmesser <5 µm) und Spurenelementen (Spotdurchmesser ≤ 50 µm) in fünf genetisch und kompositorisch unterschiedlichen Olivintypen aus anorogenen und orogenen Laven mit hohem MgO-Gehalt im zirkum-mediterranen Känozoikum. Unsere umfassende Probensammlung umfasst geochemisch gut charakterisierte Olivinkristalle, die aus geochemisch und isotopisch gut charakterisierten Lavaproben gewonnen wurden. Die wichtigsten Erkenntnisse unserer Forschung lassen sich wie folgt zusammenfassen: i. Wir vergleichen drei geochemisch unterschiedliche Olivinpopulationen (Phänokristalle und zwei Arten von Xenokrysten), die von italienischen Kamafugiten beherbergt werden, mit dem phänokristallischen Olivin aus italienischen Lamproiten. Diese beiden Lavatypen (Kamafugite und Lamproite) repräsentieren die extremsten Ultrakalium-Vulkane aus der magmatischen Provinz des Zirkum-Mittelmeer-Kenozoikums. Alle untersuchten Olivine haben extrem hohe δ18Ovsmow bis zu 25‰. Die geochemische Diversität im Olivin aus der Kamafugit-Lava spiegelt die mineralogische Heterogenität des Lithospherischen Mantels unterhalb des Apennins wider, die aus der Anreicherung durch metasomatische Wirkstoffe resultiert, die aus der Subduktions-induzierten Wiederverwertung kontinentaler Sedimente stammen, was ein üblicher Prozess während der alpinen/apenninischen Orogenese zu sein scheint. Unserer Ansicht nach kann das gemeinsame Auftreten von schmelzbedingten kamafugitischen und lamproitischen Olivinen in Kamafugiten eine Momentaufnahme einer Verschiebung von pelitischen zu karbonatreichen Sedimentflüssen darstellen, die innerhalb des Mantels unterhalb des Apennins recycelt wurden. ii. Unsere Daten von Olivin-Makrokristallen aus den Mg-reichen Laven der Eifel können als volumetrisch dominante magmatische Olivine oder Phänokristalle, Mantel-Xenokryste und Niedrig-Ni-Xenokryste gruppiert werden, die aus dem Wherlitischen Mantel als Quelle innerhalb des lithosphärischen Mantels stammen. Nach Berechnung des Olivin-Schmelze Gleichgewichts, unter Verwendung von Zusammensetzungen der am meisten Mg-reichen Einsprenglinge, weist auf Temperaturen deutlich unter 1300 oC hin, sogar niedriger als bei den MORB-Olivinen und erheblich niedriger als bei den Olivinen aus Hawaii- und Island- Plume-verwandten Laven. Sie sind beträchtlich an Li angereichert und an Ti abgereichert. Aus unserer Sicht besteht der Eifel-Plume nicht aus Material das wesentlich heißer ist als der umgebende Mantel, aber er muss stärker mit fluidmobilen (LILE) Elementen wie Li angereichert werden. Dies unterstützt die Hypothese, dass die Eifel eine kompositorische oder wet-Plume darstellt und keine hot-Plume. iii. Unser umfassender Datensatz (EMPA, LA-ICP-MS, SIMS) von Olivinen (Mg# ~85- 95), die von fast primären, aus dem Mantel stammenden Laven, wessen Ursprung aus mehr als 25 vulkanischen Vorkommen beinhaltet, verteilen sich über die magmatische Circum-Mediterranean Cenozoic Provinz, welche Art und Herkunft ihrer Mantelreservoirs sowie die Prozesse der Schmelzbildung charakterisiert. Wir fanden heraus, dass die Olivine von „anorogenem“ und „orogenem“ Typ vollkommen verschiedene geochemische Merkmale aufweisen, wobei „anorogene“ einen Bereich von δ18Ovsmow von ~4,7 bis 5,6 ‰ aufweisen, während die „orogenen“ Olivine δ18Ovsmow -Werte von etwa 4,7 bis 11,0 ‰ aufweisen. Bislang sind das die höchsten Werte die bisher für Olivine gemeldet wurden, die von aus dem Mantel stammenden Laven beherbergt werden. Sie zeigen auch ein gegensätzliches Verhalten von Neben- und Spurenelementen, wobei die orogenen Elemente Fingerabdrücke von recycelter kontinentaler Kruste in ihrer Mantelquelle zeigen. iv. Unsere Daten zu San Carlos-Olivin zeigen, dass die verschiedenen Chargen von SC-Olivin unterschiedliche Spurenelementsignaturen aufweisen. Unter Verwendung eines neu eingerichteten QCM MongOl haben wir mehrere SC-Chargen gründlich charakterisiert, darunter SC/KA (Köhler & Brey) und die Smithsonian San Carlos-Chargen USNM 111312/44 & 42.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2017). Early igneous and mantle melting processes: Evidence from combined in-situ oxygen isotope, minor and trace element analyses of olivine. DMG-Sektionstreffen mit Posterpräsentation June 2017
Günther, J., Prelević, D., Mertz, D. F.
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(2018). Combined in–situ δ18O, minor & trace element analyses on olivine from the Circum-Mediterranean Cenozoic magmatic province. Goldschmidt 2018, abstracts
Günther, J., Prelević, D., Mertz, D. F., Rocholl, A.
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(2018). Italian Kamafugites Revisited: Fingerprinting Different Metasomatized Mantle Components Using Olivine Geochemistry. EMAW 2018., 3rd European mantle workshop, Pavia - Università Centrale
Günther, J., Prelević, D., Mertz, D. F., Rocholl, A., Mertz-Kraus, R. Conticelli, S.
