MOR & Mantel


 

Mantelzusammensetzung
Pyrolitzusammensetzung

Mittelozeanischer Rücken

 


Mantelzusammensetzung

Unter idealisierten, trockenen Bedingungen dominiert Olivin mit 50-60Vol.-% und einem Forsterit-Gehalt von ca. 90% die Mineralogie des obersten Mantels. Danach folgen Orthopyroxen mit ~20Vol-% und einem Enstatitgehalt von ebenfalls ca. 90% und Clinopyroxen mit ~10Vol.-% als Cr-Diopsid mit einer Mg-Zahl von ca. 90. Daneben existiert eine Al-reiche Phase, welche abhängig vom Druck unterschiedliche Minerale bildet. Unterhalb 0,7-1GPa ist das Plagioklas, bei Drücken zwischen 0,7-1 und ~1,6GPa wandelt sich dieser in einen Cr-Al-Spinell mit einer Mg-Zahl von etwa 70 um. Bei Drücken die oberhalb 1,5GPa liegen existiert ein Cr-haltiger Granat mit einer Mg-Zahl um 75. Die Mineralreaktionen lassen sich schreiben als:

1) Plagioklas + Olivin = Spinell + Clinopyroxen + Orthopyroxen      (--> Übergang vom Plagioklas-Lherzolith zum Spinell-Lherzolith)
2) Spinell + Clinopyroxen + Orthopyroxen = Granat + Olivin           (--> Übergang vom Spinell-Lherzolith zum Granat-Lherzolith)

Es handelt sich dabei um divariante, also gleitende Reaktionen. Dementsprechend liegt zwischen dem Plagioklas- und Spinell-Peridotit eine schmaler Druckbereich, in dem ein Plagioklas-Spinell-Peridotit stabil ist. Entsprechend dazu gibt es einen, hier etwas breiteren, Druckbereich zwischen dem Spinell- und Granat-Peridotit, in dem ein Spinell-Granat-Peridotit stabil ist.

Verwandte Literatur: [7 (120f)]

Die Übergangszone:

An der 440km-Diskontinuität findet eine divariante Phasentransformation (s. Diagramm) von a-Ol über b-Ol zu g-Ol statt. Der g-Ol besitzt eine Spinell-Struktur mit sechfach koordiniertem Silizium ((Mg, Fe)VI2[SiVIO4]). An der 660km-Diskontinuität reagiert der g-Ol gleitend in einen Magnesioperowskit und Magnesiowüstit. Zusätzlich reagieren Cpx und Grt zu Majorit:

2x MVI-VIII2[SiIV2O6] + (1-x) MVIII3AlVI2[SiIVO4]3 --> MVIII3(MxSixAl2-2x)VI[SiIVO4]3 ; mit 0 <= x <= 1

 

Im Normalzustand herrschen im Mantel reduziernde Bedingungen.

Mineralogische Zusammensetzung und normierte Dichte des
Erdmantels als Funktion der Tiefe

Phasendiagramm für den Bereich der 400km-Diskontinuität

wpe3.gif (8733 Byte)

wpe2.gif (6995 Byte)

 


 

Pyrolitzusammensetzung

Element   Pyrolit MPI Mainz   Element   Pyrolit MPI Mainz  

Element

  Pyrolit MPI Mainz

Mg

%

23,0

22,2

 

V

ppm

-

82

 

Eu

ppm

-

0,15

Al

%

2,1

2,22

 

Co

ppm

98

105

 

Yb

ppm

-

0,49

Si

%

21,1

21,5

 

Ni

ppm

1694

2110

 

Lu

ppm

-

0,064

Ca

%

2,2

2,53

 

Cu

ppm

34

28,5

 

Hf

ppm

-

0,35

Ti

%

0,12

0,135

 

Zn

ppm

50

48,5

 

Ta

ppm

-

40

Fe

%

6,1

5,89

 

Ga

ppm

6

3,8

         
         

Ge

ppm

1,1

1,3

 

W

ppm

-

24

Na

ppm

4167

2890

 

As

ppm

1

0,15

 

Re

ppm

0,1

0,1

K

ppm

-

231

 

Rb

ppm

-

0,74

 

Ir

ppm

2

3,2

Cr

ppm

2524

3010

 

Sr

ppm

-

28

 

Au

ppm

4

0,52

Mn

ppm

1095

1020

 

Y

ppm

-

4,6

 

Th

ppm

-

94

         

Zr

ppm

-

11

 

U

ppm

-

21

Li

ppm

-

2,07

 

Nb

ppm

-

0,9

 

Se

ppm

70

13,5

F

ppm

68

19,4

 

Ba

ppm

-

5,6

 

Br

ppm

-

45,6

Cl

ppm

59

12

 

La

ppm

-

0,64

         

Sc

ppm

-

17,0

 

Sm

ppm

-

0,38

         
Zusammensetzung des primitiven Erdmantels. Vergleich des Pyrolit-Modells mit den aus Peridotit-Xenolithen abgeleiteten Daten (MPI für Chemie, Mainz). Aus [6 (119)]

 


Mittelozeanischer Rücken (MOR)

Aufbau des Mittelozeanischen Rückens (von oben nach unten):

  • ca. 1km pelagische Sedimente
  • 0,5-1km Pillowlaven
  • 1,5-2km ineinander intrudierte, basaltische Gänge --> sheeted dyke complex
  • Gabbro, unterteilt in:
        eine obere, isotrope Einheit und
        eine untere, anisotrope Einheit mit Kumulatcharakter
    zusammen etwa 5km mächtig
  • ultramafische Kumulate mit x00m Mächtigkeit
  • abgereicherter Mantel

Die ultramafischen Kumulate sind auskristallisierte und gravitativ nach unten fraktionierte Minerale aus der Magmenkammer, welche erkaltet den Gabbro aufbaut, und gehören damit zur Einheit des MOR. Ihre mineralogische und chemische Zusammensetzung, sowie ihre physikalischen Eigenschaften entsprechen jedoch dem abgereicherten Mantel. Seismische Wellen planzen sich in den ultramafischen Kumulate mit derselben Geschwindigkeit fort wie im abgereicherten Mantel. Demzufolge liegt die eigentliche, nämlich seismische Moho-Diskontinuität zwischen der Kumulat-Einheit und den Gabbros, aber die petrologische Grenze, welche die Kruste vom Mantel trennt, zwischen den Kumulaten und dem abgereicherten Mantel.

 

 

Gesteine, chemische und mineralogische Zusammensetzung der einzelnen Einheiten des MOR:

chemische Zusammensetzung mineralogische Zusammensetzung Gesteine
SiO2 --> Tiefseeglobigerinenschlamm
Al2O3 --> aus kontinentalem Eintrag (z.B. Tone)
CaCO3 --> aus Skeletten
hoher eSr-Wert --> 0.715
Qtz, Opal, Cal, Dol, Tonminerale, Smektit Cherts, Karbonate, Tonsteine, Turbidite, Olistostrome (in den letzten Beiden: Grauwacken, Arkosen, ...), Pyroklastika, Tuffite

 

chemische Zusammensetzung mineralogische Zusammensetzung Gesteine
niedrige eSr- und hohe eNd-Werte --> Diagramm
Spurenelementsignatur

SiO2       - 50%
TiO2      - 1,5%
Al2O3    - 15%
FeOtot   - 11%
MgO      - 8%
MnO      - 0,2%
CaO       - 10,5%
Na2O     - 2%
K2O       - 0,15%
P2O5      - 0,2%
H2O       - 0,5%

Pl, Ol, Cpx (Augite), Mg-Cr-Spl

MORB --> Ol-Tholeiit

 

chemische Zusammensetzung mineralogische Zusammensetzung Gesteine
  • Fo75-90
  • An88-40 --> Der weite Bereich der An-Zusammensetzung deutet auf Fraktionierung von Ca-reichen Pl innerhalb der Magmenkammer hin.
Pl, Cpx, Opx, Ttn, Hbl, Ap, Usp
  • Gabbro, Plagiogranite aus Restschmelzen (leukokrate Diorite und Tonalite, Nomenklatur nicht nach Streckeisen)
  • geschichtete Gabbros --> Kumulatcharakter

 

chemische Zusammensetzung mineralogische Zusammensetzung Gesteine
SiO2- und FeO-ärmer abnehmend fraktionierter Modalbestand von unten nach oben: Ol --> Ol + Cpx --> Pl + Cpx + Ol stark anisotrope Kumulate

 

chemische Zusammensetzung mineralogische Zusammensetzung Gesteine
Spurenelementdiagramm
d18O = 5 - 7‰
dD = -50 - -80‰
  • Ol --> stark verarmt
  • Ol + Opx --> verarmt
  • Ol + Opx + Cpx --> normal (Lherzolith)

SiO2      - 44%
TiO2      - 0,2%
Al2O3    - 2%
Cr2O3    - 0,4%
FeOtot   - 7,5%
MgO      - 41%
MnO      - 0,1%
CaO       - 2,5%
Na2O     - 0,25%
K2O       - 0,05%
P2O5      -    -
NiO        - 0,1%
H2O       - 0,5%

Mit zunehmender Tiefe nimmt der Grad der Fraktionierung ab: Dunite - Harzburgit - ([0,7-1GPa]Pl- /[1-1,6GPa]Spl- /[<1,5GPa]Grt-Lherzolith - (Wehrlith)

 


Stand: 09. Dezember 1999