Basalt: Entstehung, Mantelschmelzen und Magmentypen

Basalt (IC 35-70)

Modus des Ereignisses:

1. MORB: tholeiitisch
2. Plateau: tholeiitisch, Deiche, Cordon, Spalte, Gänge; ?alkalisch, calc-alkalisch
3. OIB: tholeiitisch + alkalisch
4. Subduktionszonen: differenzierte Rx + (? ? ?), tholeiitisch, calc-alkalisch + (Bogen, jung)

Beispiel: ZVS N = 33-34 °30 mx NS-Hydrat; T = 34 °30-37 NE 2 px + + Biot lim anf Scheitern Mokka; C NE = 37-41 °30 Krone 2 px Reaktion ohne wasserhaltigen + mx Kontamination; S = 41 °30 -- NE 46 mx-Hydrat.

Bewertung

1. QSP
2. TAS: 45-52 % SiO₂, Na₂O + K₂O ? 5 %; ?alkalisch (Nef-Regelung) und ?subalkalisch (ohne Nef-Verordnung); ?pikritisch (41-45 % SiO₂, Na₂O + K₂O ? 3 %)
3. Verordnungen (Tetraeder Di-Qz-En-Fo-Ne; Ab zwischen Ne und Qz):
   • a) übersättigt tholeiitisch (Qz + Hyp)
   • b) tholeiitisch subsaturiert (Hyp)
   • c) tholeiitisch Ol (Ol + Hyp)
   • d) Basalt Ol (Ol)
4. Alkali-Basalt (Qz + Ne normativ)

Zwei wichtige Ebenen: FO-AB-Di (Ne-Ab-Qz, thermische Barriere, Tridymit) und Di-Ab-In (Fo-En-Qz, peritektisch, kritisches Sättigungsniveau in Kieselsäure).

Charakteristika der Magmentypen

• ?alkalisch: Trachyt oder Rhyolith
• ?calc-alkalisch
• ?tholeiitisch
• SiO₂ 45 %, SBP ? 2 %, TiO₂, Nef-Regeln
• SiO₂ 50 %, hohes Al₂O₃, TAS mittel, niedriges TiO₂, MgO, FeO, K₂O; frühe Kristallisation von Titanomagnetit
• SiO₂ 50 %, niedriges TiO₂, TAS, Anreicherung an Fe; ? 2 % im Durchschnitt in differenzierten Rx +

Mineralogie

• Ol-Phenokristalle und Grundmasse (Zonierung)
• Titanaugit (Px), Plagioklas (Pl) als Phenokristalle: Labradorit–Andesin
• FOID-Grundmasse; Feldspat-Grundmasse und -Phenokristalle (selten)
• Differenzierung nach: Apatit (ap), Ilmenit (il), Titanomagnetit (ti-mag)
• Glas: sehr selten
• Px-Phenokristalle, Zonierung; Ol, Opx + CPX; Zonierung Bytownit; Ferromagnesium; plagioklasarm, eisenarmes Glas; Titanomagnetit
• Desequilibrium-Merkmale (Korrosions- und Reaktionssäume, Embayment, Siebstruktur) selten
• Mischmagmen: wenig oder gar nicht vorhanden; Px, Ol, Opx, Augit, Pigeonit, Hyp-Phenokristalle, Plagioklas
• Ungleichgewicht; keine Belege

Reihen (RXS-Partner)

1. a) Plagioklas-Ca (? 20 % modal):
   1. Ne-Vorschriften ? 5 % (?alkalisch, ?alkalisch Ol, ?alkalisch pikritisch)
   2. Ne ? 5 % normativer Basanit (Ol ? 10 %) und Tephrit (Ol ? 10 %)
2. b) Ohne Plagioklas:
   1. c/Ol-Nephelinit und ?
   2. Ohne Leucit: Ol-Nephelinit und Leucitit
   3. Ankaramit (viele CPX- und Ol-Phenokristalle)
3. c) Feldspat-Trachyt, Trachyandesit, Basalt-Trachyandesit

Geotektonischer Rahmen: Plateau, Frech, OIB, Hotspots; Basanit und Nephelinit; Phonolith.

Mantelschmelzen

Al₂O₃-Diagramm vs. TiO₂: Dunit, Harzburgit, Lherzolith, Basalt.

Schmelzen von Lherzolith:

• a) Dunit (20–25 % Schmelzgrad)
• b) Harzburgit (15–20 % Teilschmelze)

Phasendiagramm Lherzolith: Der Geotherm schneidet die Solidus-Kurve nicht; zum Schmelzen ist eine höhere Temperatur nötig:

1. Höhere T° an Hotspots im Mantel, lokal (Höhe × Archaikum = Geotherm; wenig differenzierte Magmen)
2. T° durch adiabatischen Aufstieg des Mantels: Schmelzen durch Dekompression, 10–30 % Teilschmelze; z. B. unterschiedliche Margen
3. T° durch Zugabe von flüchtigen Stoffen (H₂O): H₂O im hydratisierten Mantel direkt proportional enthalten

Peridotit-P-T-Diagramm:

• Punkt a: ozeanische Geotherme / hydratisierter Peridotit-Solidus; H₂O-Schmelzen ohne Mantelschmelzen, kein H₂O verfügbar
• Punkt b: Amphibol-Zersetzung an ozeanischer Geotherme setzt H₂O zum Schmelzen frei
• Punkt c: Phlogopit-Zersetzung an ozeanischer Geotherme; Schmelzen setzt H₂O frei
• Punkt d: Amphibol-Geotherme am Schild ohne Schmelzen; T° unter der Kurve des H₂O-gesättigten Solidus; Migration von H₂O
• Punkt e: Geotherme am Schild / Solidus ohne Schmelzen; Migration von H₂O, T° unter Solidus

Mantel: einheitlich und ?tholeiitisch / alkalisch.

System Fo-Ne-Qz (Ne-Ab-Qz-En-Fo), ternäres Eutektikum: Der Druck verschiebt sich.

• a) Geringer Druck: tholeiitisch (wenig H₂O), Übersättigung an SiO₂ (En-Ab-Qz)
• b) Hoher Druck: alkalisch (4–6 % H₂O), ungesättigt an SiO₂ (Ne-Ab-Fo)

In der Mitte liegen die tholeiitisch subsaturierten Magmen. Teilschmelzen von Peridotit bei ?tholeiitischem Druck, ?alkalischem Schmelzdruck; höchste Schmelzrate tholeiitisch.

Abfälle und Magmen durch Pyrolyse (Ol + Px)

Schmelzexperimente an Proben des Erdmantels

Geschichteter Mantel: flache Schicht ?tholeiitisch (schlecht); tiefe Schicht (alkalireich). ?alkalisch: partielles Aufschmelzen von angereichertem Lherzolith.

Eigenschaften primärer Magmen: Ergebnis der teilweisen Aufschmelzung von Lherzolith.

• Mg-Zahl = 66–75
• ? 1000 ppm Cr, Ni ? 400–500 ppm

Die Magmenart hängt von Druck, Schmelzgrad und CF (Kristallfraktionierung) ab.

CF-Prozesse von Magmen während des Aufstiegs

• Tholeiitisch: Bei flacher Schmelztiefe CF von Ol und in-reichen Magmen; während des Aufstiegs tiefer picritisch.
• ?alkalisch: Teilschmelzen bei hohen Tiefen; CF der Al-reichen Phase von Tholeiit.
• Tholeiit-Trends: CF ? bei niedrigem Druck (1 atm) und wasserfreien Bedingungen.
• Calc-alkalisch (Diskussion): CF bei 5,8 kbar, hydratisiert; CF + Magmenmischung und Krustenassimilation; Magmendifferenzierung; primäre Magmen entstehen hoch durch Schmelzen von hydratisiertem Peridotit.