i. Προέλεση μαγμάων ΙΙ.Μαγμαικές σειρές · orogenic andesites and...

I. Προέλευση μαγμάτων ΙΙ.Μαγματικές σειρές

Χριστίνα Στουραϊτη

Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

2 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Μερική τήξη του μανδύα & τεκτονικό περιβάλλον

3 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Ωκεάνιοι βασάλτες 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)

Βασάλτες Μεσωκεάνιων Ραχών (MORB) Άνοδος μάγματος από μικρό βάθος στο

μανδύα

4 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Πως και που σχηματίζεται το μάγμα?

Υπό κανονικές γεωθερμικές βαθμίδες ο μανδύας κάτω από τις ηπείρους και τους ωκεανούς δεν υφίσταται μερική τήξη.

1ον . Αποσυμπίεση μανδύα λόγω ανόδου μανδυακού υλικού μέσω θερμών ρευμάτων Αύξηση γεωθερμικής βαθμίδας Μερική τήξη περιδοτίτη

5 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

2ον. Ελάττωση της θερμοκρασίας τήξης (solidus) του περιδοτιτικού μανδύα, λόγω προσθήκης H2O και πτητικών από την υποβυθιζόμενη πλάκα (ιζήματα πλούσια σε Η2Ο, αλκάλια, F, Cl)

6 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Περιθώρια σύγκλισης

7 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Μαγματισμός σε περιβάλλον υποβύθισης

8 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Χαρακτηριστικά των 2 κύριων μαγματικών σειρών

Χημισμό Μαγματικές σειρές Τεκτονικό περιβάλλον αφθονία

Υποαλκαλικές Θολειϊτικές Σύγκλιση & απόκλιση πλακών

Τα πιο άφθονα ηφαιστειακά πετρώματα

Ασβεσταλκαλικές Σύγκλιση πλακών (ηφαιστειακά τόξα)

Αλκαλικές Εύρος αλκαλικών μαγμάτων (υψηλό Κ, Να, ή Ca)

Ενδο-ηπειρωτικό & ενδο-ωκεάνιο

Σπάνια ηφαιστειακά και υπο-ηφαιστειακά πετρώματα

9 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

12

10

8

6

4

2

35 40 45 50 55 60 65

%SiO2

Alkaline

Subalkaline

Μαγματικές Σειρές Hawaii

(πηγή: MacDonald (1968). GSA Memoir 116)

10 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Μαγματισμός σε περιβάλλον σύγκλισης πλακών

11 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Χαρακτηριστικά Ασβεσταλκαλικών μαγμάτων

Δείκτης Peacock (SiO2: 56 – 61% )

12 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Χαρακτηριστικά Ασβεσταλκαλικών μαγμάτων

-Χαρακτηριστική διαφοροποίηση ασβεσταλκαλικης σειράς: γραμμική τάση μείωσης FeO*, MgO, Al2O3, TiO2 -Χαμηλότερο λόγο FeO*/MgO για το ίδιο ποσοστό SiO2

(Πηγή: Tatsumi & Suzuki 2009, J. Petrology)

13 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Ασβεσταλκαλική τάση – Θολειϊτική τάση (calc-alkaline trend) (tholeiitic trend)

• Χωρίς εμπλουτισμό σε Fe • Εμπλουτισμό σε Fe

14 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

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.

15 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

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

16 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Ωκεάνια νησιωτικά τόξα & Κορδιλλίερες

17 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Υπο-ομάδες της ασβεσταλκαλικής σειράς

Αύξηση του βάθους της ζώνης Benioff

Διάγραμμα K2O-SiO2

(πηγή: Gill, 1981,

Orogenic Andesites

and Plate Tectonics.

Springer-Verlag).

18 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

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.

19 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Ασβεσταλκαλική ηφαιστειότητα

20 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Πετρώματα της ασβεσταλκαλικής σειράς

21 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

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

22 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Σπανίες Γαίες (Rare Earth Elements)

Ασβεσταλκαλική σειρά

23 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Τύποι βασαλτών & τεκτονικό περιβάλλον

24 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

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

II. Πρώιμος μαγματισμός και σχηματισμός του φλοιού

26 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

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

27 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

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 μη-ανταγωνιστικά (incompatible) στοιχεία (δηλ. στοιχεία που προτιμούν τη ρευστή φάση): Cs, Rb, K, U, Th και La.

28 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Η σύσταση και η ηλικία του πρώτου ηπειρωτικού φλοιού

• Σύσταση:

τοναλιτικοί γνεύσιοι

υψηλού-Mg βασάλτες

Αμφιβολίτες (μετα-βασάλτες)

• Ηλικία: 3.8 – 4.0 Ga

29 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Σύσταση του ηπειρωτικού φλοιού

10 km Ανώτερος φλοιός -> γρανιτική σύσταση

20 km Μέσος φλοιός -> αμφιβολίτη + γρανίτη

10 km Κατώτερος φλοιός -> βασαλτική

(μαφικός γρανουλίτης)

Μέση Σύσταση = ανδεσιτική (SiO2: 57-64% )

30 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Σύσταση του ωκεάνιου φλοιού

8-10 km Βασαλτική σύσταση

31 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Σύσταση του Μανδύα

• Περιδοτίτη =

• Ολιβίνη + Ορθοπυρόξενο + Κλινοπυρόξενο

32 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

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

33 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Αντικατοπτρική σχέση σύστασης ηπειρωτικού – ωκεάνειου φλοιού

34 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

To “Pattern” του κανονικοποιημένου διαγράμματος REE ... ταυτότητα ενός πετρώματος

35 Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης

Χρήση των Ιχνοστοιχείων

Χρησιμοποιούμε τα ιχνοστοιχεία:

1) Κανονικοποιημένα διαγράμματα

Α) REE

B) Spidergrams

Πρόλευση μάγματος Πληροφορίες για το γεωτεκτονικό καθεστώς