The late-stage evolution of oceanic gabbros - Combined experimental and in-situ isotope study on gabbros of the ODP Legs 118/176 drilled at the Southwest Indian Ridge
Final Report Abstract
Die ODP-Bohrung 735B am Südwestlichen Indischen Rücken (SWIR) führte zum weltweit längsten beprobten Querschnitt durch die gabbroide ozeanische Unterkruste (Gesamtlänge der Kernbohrung ~1500 m; Legs 118/176). Ca. 25% der erbohrten Gesteine zeigen starke Anzeichen von ausgeprägter spätmagmatischer Entwicklung, mit der Bildung von eisenreichen (Ferrogabbros) und siliziumreichen (Plagiograniten) Zusammensetzungen. Um ein grundlegendes Verständnis über die spätmagmatischen Prozesse zu erlangen, die in der tiefen ozeanischen Kruste ablaufen, führten wir sowohl experimentelle Untersuchungen, als auch petrographische und analytische Untersuchungen an natürlichen Gabbros aus dem Bohrkern durch. Schwerpunkt war eine experimentelle Phasengleichgewichts-Studie, in der systematische Kristallisationsexperimente bei 200 MPa in einem typischen "late-stage"- System durchgeführt wurden, mit speziellem Fokus auf der Rolle von Wasser und Sauerstofffugazität. Als System wählten wir eine Zusammensetzung, die über frische hoch differenzierte, Fe-Ti-reiche MORB-Gläser ermittelt wurde. Die Kristallisationsexperimente wurden in einer Intern beheizten Gasdruckapparatur (IHPV) durchgeführt in einem Temperatur-Bereich von 850°C und 1050°C, bei Wasseraktivitäten zwischen 0.1 und 1 und bei zwei unterschiedlichen Wasserstoff-Fugazitäten, die unter wassergesättigten Bedingungen FMQ+3.2 und FMQ+1 entsprechen (FMQ = Fayalith-Magnetit-Qurz-Sauerstoffpuffer). Liquidusphasen sind bei beiden Redoxbedingungen Fe-Ti-Oxide, gefolgt von Klinopyroxen, Apatit und Plagioklas, der eine höhere Stabilität bei niedrigeren Wasseraktivitäten hat. Amphibol ist nur bei hohen Wasseraktivitäten und Temperaturen unter 900°C stabil. Die Entwicklung der "liquid lines of descent" zeigt gute Übereinstimmung mit anderen Experimenten in Fe-Ti-reichen Basalt-Systemen. Orthopyroxen, der als späte Phase in vielen ozeanischen Gabbros auftritt ist, wurde in den Experimenten nicht beobachtet. Die Zusammensetzungen von koexistierenden Plagioklas und Klinopyroxen aus den Experimenten im Vergleich zum natürlichen System unterstützt ein Modell, dass die Ferrogabbros vom SWIR-Bohrkern als einfache Produkte der Differenzierung einer hoch differenzierten, sehr Fe-Ti-reichen Schmelze angesehen werden können. So spricht viel dafür, dass zu einem späten Zeitpunkt in der magmatischen Entwicklung der SWIR-Gabbros, Fe-Tireiche Schmelzen durch den Gabbrokörper perkolierten und für die Präzipitation von tpyischen "late-stage"-Phasen wie vor allem Oxide und Amphibol sorgten. Auf der anderen Seite können die Experimente nicht jene typischen "late-stage"-Paragenesen erklären, die sich durch Präsenz von stark An-angereichertem Plagioklas in Kombination mit interstitiellem Orthopyroxen, Amphibol und Klinopyroxen auszeichnen. Hier erscheint ein Modell angebracht, dass diese Minerale als residuale Paragenese nach einem wasser-induzierten partiellen Aufschmelzen von Gabbro interpretiert. Solche Paragenesen wurden in großer Anzahl in den natürlichen Gabbros vom SWIR nachgewiesen und implizieren, dass offensichtlich zwei unterschiedliche Prozesse ablaufen, die typische "late-stage"-Paragenesen produzieren: (1) Kristallisation aus einer perkolierenden, hoch-differenzierten, Fe-Ti-reichen Schmelze (2) fluid-getriggertes partielles Aufschmelzen von Gabbro. Ungeklärt bleibt, ob die wasserhaltigen Fluide, die zur Aufschmelzung im Gabbro geführt haben, magmatischer Natur sind oder vom Meerwasser durch hydrothermale Zirkulation abzuleiten sind.
Publications
- (2005) Hydrothermal activity in the deep oceanic crust at "magmatic" temperatures (900 °C - 1000 °C) - evidence from ODP Legs 176 (SWIR), 147 (EPR), and 153 (MAR). ICDP-IODP Kolloquium der DFG am GFZ Potsdam, Tagungsband
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Botcharnikovk RE, Koepke J, Horn I, Stichnothe J, Putlitz B
- (2009) Experimental study on evolution of gabbros from ODP Legs 118/176 drilled at the Southwest Indian Ridge. ICDP-IODP Kolloquium am GFZ Postdam, Tagungsband: 30
Botcharnikovk RE, Koepke J, Horn I, Stichnothe J, Putlitz B
