I. Προέλευση μαγμάτων ΙΙ.Μαγματικές σειρές. Χριστίνα Στουραϊτη Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Transcript

1 I. Προέλευση μαγμάτων ΙΙ.Μαγματικές σειρές Χριστίνα Στουραϊτη Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

2 Μερική τήξη του μανδύα & τεκτονικό περιβάλλον 2

3 Βασάλτες Ωκεάνιων Νησιών (OIB) Οι Θερμές κηλίδες (Hotspots) είναι το αποτέλεσμα ανόδου του μάγματος σε κυλινδρικές στήλες προερχόμενες από μεγάλα βάθη μέσα στο μανδύα (όριο μανδύα-πυρήνα) Ωκεάνιοι βασάλτες Βασάλτες Μεσωκεάνιων Ραχών (MORB) Άνοδος μάγματος από μικρό βάθος στο μανδύα 3

4 Πως και που σχηματίζεται το μάγμα? Υπό κανονικές γεωθερμικές βαθμίδες ο μανδύας κάτω από τις ηπείρους και τους ωκεανούς δεν υφίσταται μερική τήξη. 1 ον. Αποσυμπίεση μανδύα λόγω ανόδου μανδυακού υλικού μέσω θερμών ρευμάτων Αύξηση γεωθερμικής βαθμίδας Μερική τήξη περιδοτίτη 4

5 2 ον. Ελάττωση της θερμοκρασίας τήξης (solidus) του περιδοτιτικού μανδύα, λόγω προσθήκης H 2 O και πτητικών από την υποβυθιζόμενη πλάκα (ιζήματα πλούσια σε Η 2 Ο, αλκάλια, F, Cl) 5

6 Περιθώρια σύγκλισης 6

7 Μαγματισμός σε περιβάλλον υποβύθισης 7

8 Χαρακτηριστικά των 2 κύριων μαγματικών σειρών Χημισμό Μαγματικές σειρές Τεκτονικό περιβάλλον αφθονία Υποαλκαλικές Θολειϊτικές Σύγκλιση & απόκλιση πλακών Ασβεσταλκαλικές Σύγκλιση πλακών (ηφαιστειακά τόξα) Τα πιο άφθονα ηφαιστειακά πετρώματα Αλκαλικές Εύρος αλκαλικών μαγμάτων (υψηλό Κ, Να, ή Ca) Ενδο-ηπειρωτικό & ενδο-ωκεάνιο Σπάνια ηφαιστειακά και υποηφαιστειακά πετρώματα 8

9 Μαγματικές Σειρές Hawaii (πηγή: MacDonald (1968). GSA Memoir 116) Alkaline Subalkaline %SiO 2 9

10 Μαγματισμός σε περιβάλλον σύγκλισης πλακών 10

11 Χαρακτηριστικά Ασβεσταλκαλικών μαγμάτων Δείκτης Peacock (SiO 2 : 56 61% ) 11

12 Χαρακτηριστικά Ασβεσταλκαλικών μαγμάτων -Χαρακτηριστική διαφοροποίηση ασβεσταλκαλικης σειράς: γραμμική τάση μείωσης FeO*, MgO, Al 2 O 3, TiO 2 -Χαμηλότερο λόγο FeO*/MgO για το ίδιο ποσοστό SiO 2 (Πηγή: Tatsumi & Suzuki 2009, J. Petrology) 12

13 Ασβεσταλκαλική τάση Θολειϊτική τάση (calc-alkaline trend) (tholeiitic trend) Χωρίς εμπλουτισμό σε Fe Εμπλουτισμό σε Fe 13

14 Ασβεσταλκαλική τάση Υψηλή μερική πίεση του νερού προκαλεί πτώση στην θερμοκρασία solidus του ολιβίνη, των πυροξένων και του πλαγιοκλάστου Υψηλή μερική πίεση του νερού ανεβάζει τη θερμοκρασία solidus της κεροστίλβης. Υψηλή μερική πίεση του νερού ανεβάζει την πτητικότητα του οξυγόνου (oxygen fugacity) και σταθεροποιεί τα Fe-οξείδια. 14

15 Ωκεάνια νησιωτικά τόξα Ηπειρωτική κορδιλλίερα (oceanic island arc) (Codillera) Στα νεότερα νησιωτικά τόξα αφθονότερα είναι τα θολειϊτικά ηφαιστειακά πετρώματα Στα παλαιότερα νησιωτικά τόξα και τις κορδιλιέρες αφθονότερα είναι τα ασβεσταλκαλικά ηφαιστειακά πετρώματα 15

16 Ωκεάνια νησιωτικά τόξα & Κορδιλλίερες 16

17 Υπο-ομάδες της ασβεσταλκαλικής σειράς Αύξηση του βάθους της ζώνης Benioff Διάγραμμα K 2 O-SiO 2 (πηγή: Gill, 1981, Orogenic Andesites and Plate Tectonics. Springer-Verlag). 17

18 Κατανομή των ασβεσταλκαλικών μαγμάτων Τα πρώτα μάγματα είναι κυρίως θολειϊτικά, ακολουθούν τα ασβεσταλκαλικά και τέλος τα αλκαλικά Η περιεκτικότητα του μάγματος σε K αυξάνει με το βάθος της ζώνης benioff. 18

19 Ασβεσταλκαλική ηφαιστειότητα 19

20 Πετρώματα της ασβεσταλκαλικής σειράς 20

21 Σύσταση ασβεσταλκαλικών βασαλτών 1. Ιχνοστοιχεία Large Ion Lithophiles (LILE) - ευδιάλυτα στο νερό High Field Strength Elements (HFSE) δυσδιάλυτα στο νερό Light Rare Earth Elements (LREE) - Heavy Rare Earth Elements (HREE) retained in garnet 21

22 Σπανίες Γαίες (Rare Earth Elements) Ασβεσταλκαλική σειρά 22

23 Τύποι βασαλτών & τεκτονικό περιβάλλον 23

24 Μαγματικές Σειρές Αλκάλια Fe-Mg Al Υποαλκαλικές Ασβεσταλκαλικές Χαμηλό έως ενδιάμεσο Υψηλό-Mg Μετα-αργιλικές έως υπερ-αργιλικές Θολειϊτικές χαμηλό Υψηλό-Fe Μετα-αργιλικές Αλκαλικές υψηλό Υψηλό-Fe Μετα-αργιλικές έως υπερ-αλκαλικές 24

25 II. Πρώιμος μαγματισμός και σχηματισμός του φλοιού

26 Μοντέλo Bulk Silicate Earth - BSE Mason (1966) Γη = Πυρήνας + πρωταρχικός μανδύας Πυρήνας -> Fe-Ni χονδρίτη μετεωρίτη πρωταρχικός μανδύας (primitive mantle) ή Bulk Silicate Earth BSE (μανδύας+φλοιός) -> Χονδρίτη μετεωρίτη (CI) Ringwood (1975) Πρωταρχικός Μανδύας «Πυρολίτη» = Βασάλτης + υπoλειμματικού Περιδοτίτη Kargel & Lewis (1993) Υπολόγισαν την ολική σύστασης της Γης (Bulk Earth), αφού πρώτα έκαναν το βέλτιστο υπολογισμό του BSE, από αναλύσεις όλων των τύπων βασαλτικών και υπερμαφικών πετρωμάτων 26

27 Τι γνωρίζουμε για το σχηματισμό του φλοιού Σχηματισμός του πρώτου φλοιού -> μάλλον βασαλτικής σύστασης, όπως ο σύγχρονος ωκεάνιος φλοιός Ο αρχαιότερος φλοιός είναι 200 Μα. Δεν υπάρχουν υπολείμματα Αρχαϊκού ή αρχαιότερου φλοιού, λόγω ανακύκλωσης μέσω της υποβύθισής του στο μανδύα. Ο ηπειρωτικός φλοιός είναι πιο περίπλοκος, αλλά υπολείμματα αρχαίου φλοιού σώζονται. Ο πρώτος ηπειρωτικός φλοιός θα πρέπει να σχηματίστηκε από τη μερική τήξη του πρωτογενούς μανδύα (primitive mantle). Θα πρέπει να ήταν εμπλουτισμένος σε μηανταγωνιστικά (incompatible) στοιχεία (δηλ. στοιχεία που προτιμούν τη ρευστή φάση): Cs, Rb, K, U, Th και La. 27

28 Η σύσταση και η ηλικία του πρώτου ηπειρωτικού φλοιού Σύσταση: τοναλιτικοί γνεύσιοι υψηλού-mg βασάλτες Αμφιβολίτες (μετα-βασάλτες) Ηλικία: Ga 28

29 Σύσταση του ηπειρωτικού φλοιού 10 km Ανώτερος φλοιός -> γρανιτική σύσταση 20 km Μέσος φλοιός -> αμφιβολίτη + γρανίτη 10 km Κατώτερος φλοιός -> βασαλτική Μέση Σύσταση = ανδεσιτική (SiO 2 : 57-64% ) (μαφικός γρανουλίτης) 29

30 Σύσταση του ωκεάνιου φλοιού 8-10 km Βασαλτική σύσταση 30

31 Περιδοτίτη = Σύσταση του Μανδύα Ολιβίνη + Ορθοπυρόξενο + Κλινοπυρόξενο 31

32 Cs, Rb, K, U, Th, La (LREE) 32

33 Αντικατοπτρική σχέση σύστασης ηπειρωτικού ωκεάνειου φλοιού 33

34 To Pattern του κανονικοποιημένου διαγράμματος REE... ταυτότητα ενός πετρώματος 34

35 Χρήση των Ιχνοστοιχείων Χρησιμοποιούμε τα ιχνοστοιχεία: 1) Κανονικοποιημένα διαγράμματα Α) REE B) Spidergrams Πρόλευση μάγματος Πληροφορίες για το γεωτεκτονικό καθεστώς 35