Origin of geochemical heterogeneity in mid-ocean ridge upper mantle, ODP Leg 209
Final Report Abstract
Wir berichten über die Ergebnisse der Untersuchung von ODP Leg 209, Hole 1274A, 15°N am Mittelatlantischen Rücken. In dieser 156 m tiefen Bohrung sind Serpentinisierte Harzburgite, 20% dunitische Gesteine, sowie kleine Gabbrokörper durchteuft worden. Mikrostrukturen der Peridotite zeigen eine exzeptionelle Überprägung von Mantelgefügen durch mehrere Generationen von undeformiertem Klinopyroxen (Cpx). Dies wird als mehrphasige Reaktion von Schmelze mit Mantelnebengestein gedeutet. Frühe Reaktionen haben dabei offenbar mehr Schmelze gebildet als verbraucht, späte Reaktionen mehr Schmelze verbraucht als gebildet. Durch Vergleich mit anderen Peridotit-Vorkommen folgern wir, dass die Ausbildung dieser Reaktionsgefüge besonders ausgeprägt ist, wenn langsames Spreizen vorherrscht und die Gesteine eine sehr alte chemische Verarmung aufweisen. Daten der Mineralhaupt- und Spurenelementgeochemie mittels EMP, SIMS, und LAM zeichnen sich generell durch eine starke Verarmung an magmatophilen Elementen aus. Im Zusammenhang mit einer extrem unradiogenen Os-Isotopie (γ ≈ 0.115) werden die Harzburgite und Dunite als Gesteine interpretiert, welche schon in einem prä-atlantischen Konvektionszyklus massiven Schmelzentzug im Granat- und Spinell-Peridotitfeld (7% + 13%, respektive) erfahren haben. Die Forderung eines Granat-Peridotit Stabilitätsfeldes entstammt der extrem abfallenden Chondrit-normalisierten Konzentration der schweren zu den mittleren Selten Erden (SE) im Cpx. Orthopyroxen (Opx) führende Dunite hingegen zeigen andere Elementverteilungsmuster, welche ohne Aufschmelzung im Granat-Stabilitätsfeld erklärt werden können. Hier ist eine Äquilibrierung durch Inkrementschmelzen nach etwa 14% Aufschmelzung im Spinellfeld angezeigt. Diese Schmelzen werden mit dem rezenten Konvektionszyklus in Verbindung gebracht und könnten zur rezenten MORB-Bildung beigetragen haben. In einer Probe wird die heterogene Überprägung durch extrem evolvierte Schmelzen, welche zuvor Plagioklas, Ti-Magnetit und Zirkon ausgefällt hatten, vermutet. Eine spätere Alteration lässt sich an schwach getrübten (oxidierten?) Cpx-Körnern sowie den meisten Opx Körnern nachweisen. Diese erfasste die leichten SE sowie Ba, Sr und - überraschend - Zr und führte zu starken Anreicherungen dieser Elemente. Angesichts dieser Daten erscheint es uns unwahrscheinlich, dass Gesamtgesteinsanalysen alterierter Peridotite eine sinnvolle Aussage über die primären Konzentrationen an stark inkompatiblen Elementen erlauben. Schließlich diskutieren wir noch das sog. „Na-Problem" in Peridotiten und warum in unserem Fall Na im Cpx nur mit den mittleren SE korreliert.
