Forelesning 5 Petrogenese til basalt

1. Forelesning 5 Petrogenese til basalt Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

3. Basalt er en svært utbredt bergart som bygger opp havbunnen og som forekommer som mafiske intrusjoner og strømmer på kontinentene. Hvordan dannes basalt og hvordan finner vi ut dette? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

4. Havbunnen består av basalt og under havbunnen er mantelen. På en eller annen måte må derfor basalt dannes i mantelen Mantelen består av lherzolitt og harzburgitt. Hvordan kan disse bergartene gi oss basalt? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

6. Leka ofiolittkompleks Harzburgitt Dunitt Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

7. Kan anatekse av lherzolitt gi basalt? Denne hypotesen kan testes ut i laboratoriet på to måter 1. Vi kan utsette lherzolitt for diverse P-T forhold og studere sammensetningen til de smelter som vi da produserer. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

8. Stempelsylinder apparat T: opp til 1700C P: 4 – 50 kbar Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

9. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

10. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

11. 2. Dersom vi antar at en basalt er primær (intet har skjedd med den siden den ble dannet ved partiell oppsmelting) kan vi ved laboratorie- forsøk studere hvilke mineraler som opptrer på liquidus Dette vil da være de samme mineraler som smelten var i likevekt med da den forlot sin kildebergart Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

12. Laboratorieforsøk viser utvetydig at partiell oppsmelting av lherzolitt danner basaltiske smelter. Det er derfor udiskutabelt at basalt i utgangspunktet dannes ved anatekse av lherzolitt. Men, det er heller ingen tvil om at de aller fleste basalter som erupteres ikke er primære. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

13. Primær basalt:Ikke differensiert siden anatekse Primitiv basalt:Bare ubetydelig differensiert Foreldrebasalt:Gir ved differensiasjon et datterprodukt Datter produkt:Dannes ved differensiasjon av et foreldremagma Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

14. For å forstå genese av basalt skal vi starte med midt oseanske rygger. Hvorfor dannes det basalt her? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

15. Figuren under viser klart at en normal geotermisk gradient ikke tillater anatekse av lherzolitt. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

16. Hva er en geotermisk gradient? Gitt som dT/dH; hvorledes temperaturen endrer seg med dypet. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

17. Hvordan kan vi danne basalt når geotermen ikke tillater anatekse? Det må bety at der basalt dannes må enten Solidustemperaturen reduseres Den geotermiske gradient er brattere Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

18. Når mantel dekomprimeres vil anatekse finne sted Når mantel tilføres H2O senkes solidus slik at anatekse vil finne sted Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

19. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

20. Er basaltgenese så enkelt!! Nei, men vi er kommet et stykke på vei i vår forståelse! Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

21. La oss undersøke nærmere MORB glass som har vært antatt å representere tilnærmet primære smelter Plottet til venstre viser oss helt klart at glassene IKKE har ekvilibrert med mantel ved mantel trykk Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

22. Plottet viser oss at glassene må ha fraksjonert klinopyroksen og olivin i svært grunne magmakammere. Dette kan vi se fordi de fleste glassene plotter på den kotektiske kurven cpx-olivin for 1 atmosfære Geo112, Kjell P Skjerlie 2002

23. La oss tenke oss mantel som strømmer opp under en midthavsrygg. Mantelen dekomprimeres og starter å smelte opp. Når vi skal beskrive hva som skjer må vi ta i betraktning følgende SP: Hvor mye smelte skal det til før smelten forlater kilden? SV: Usikkert, men trolig svært små mengder Geo112, Kjell P Skjerlie 2002

24. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

25. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

26. SP: Når de små smeltemengdene migrerer ut av kilden er de da i likevekt med residualet? SV: Tja si det, antageligvis ikke for de migrere trolig ut rett etter at de er dannet SP: OK, smeltene stiger oppover. Her treffer de kontinuerlig på mantel som stadig smelter. Og, en del mantel smelter for n’te gang? SV: Helt korrekt, nå begynner du å forstå hvilke problemer vi strir med Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

27. SP: Vil det ikke være slik at smeltene når de stiger oppover vil starte å krystallisere også? SV: Nettopp, det vil de. Da endrer smeltene sammen- setning og gjør det hele enda mer komplisert! SP: Vil smeltene gradvis smelte sammen til større volumer på vei oppover SV: Godt spørsmål som vi ikke kan besvare. Hva tror du er mest sannsynlig? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

28. SP: Til slutt samles magmaet i et kammer under ryggen? SV: En skulle jo tro det, men under den midt Atlantiske rygg er det faktisk aldri påvist noe magmakammer. Trolig opptrer det her bare små isolerte magmavolumer. Under East Pacific Rise (hurtigspredende) er det derimot seismiske indikasjoner på omfattende magmalinser. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

29. I magmakamrene og magmalinsene står magmaet og fraksjonerer samtidig som det kan tilføres nytt magma. Dette fører igjen til endret sammen- setning. Det vi nå har vist er at basaltgenese under midt- havsryggene er vanskelig å beskrive. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

30. Vi må tenke oss at når mantelen stiger opp smelter den kontinuerlig. Smeltene trekkes kontinuerlig ut og stiger oppover i små volumer som ikke nødvendigvis er i likevekt med sitt residual. På vei oppover slår smeltene seg sammen til større volumer som starter å fraksjonere. Smeltene samler seg i kammere under ryggen og modifiseres videre før erupsjon Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

31. På grunn av kompleksiteten i denne prosessen er det usannsynlig å finne en basalt på havbunnen som representerer en primær mantelsmelte. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

32. Prosessene vi nå har beskrevet er ansvarlige for at gangene i denne skjæringa alle har forskjellig sammen- setning. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

33. MORB er alle subalkaline tholeiiter som potensielt kan fraksjonere til kvartsmettede produkter. Eksperimentene tyder på at det kreves opp til 20% (+/-5%) anatekse av lherzolitt for å danne primær MORB. Hva er forskjellen på MORB og basaltene som erupteres på Hawaii? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

34. Ser en på hovedelementene er det ikke så lett å se forskjell, men studerer en sporelementene og isotopsystemene er det dramatiske forskjeller Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

35. Hva betyr dette? Jo, MORB må dannes fra en kilde som er tappet på inkompatible elementer. Dette er ikke tilfelle for basaltene som erupteres på Hawaii Ergo: MORB og alkaline basalter kan umulig være dannet fra samme mantelkilde! Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

36. Kan vi forklare dette? Vi liker å tro det! Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

37. Som figuren viste tror vi at MORB dannes fra grunn mantel som har vært gjennom flere smelteepisoder. OIB derimot tror vi dannes ved at plumer av svært dyp og tidligere usmeltet mantel stiger opp og smelter som følge av dekompresjon Dette forklarer de kjemiske forskjellene. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

38. For Hawaii tror man at det under denne øy- gruppen er en svær plume som kommer fra overgangen mantel-ytre kjerne. Plumen har trolig vært stabil over meget lang tid. Ofte kaller man en slik plum for en HOT SPOT. Dette uttrykket er intetsigende og refererer seg kun til at det er stor smelteproduksjon under Hawaii. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

39. Hawaii ligger på enden av en øykjede som i tid representerer 50 MA. Øyene i V og NV er vulkanske, men for lengst inaktive. Øyrekken er dannet ved at Stllehavs- platen glir over en mantel- plum. Da dannes det stadig nye øyer som deretter dør. Legg merke til knekkpunktet som representerer skifte i platens bevegelsesretning. Se også at det har vært flere plumer under Stillehavs- platen Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

40. Hawaiiplumen i dag Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

41. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

42. Basalt dannes også i subduskjonssoner. Her skjer anateksen fordi vann tilføres mantelen slik at solidustemperatures reduseres. Basaltsmeltene som dannes er rikere i vann og litt mer Si-rike enn MORB. Dette gjør at de følger en kalk alkalin fraksjoneringstrend Dersom harzburgitt smelter opp dannes en bergart som kalles boninitt. Disse er bare kjent fra oseanske øybuer Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

43. De dominerende lavabergartene i oseanske øybuer er basalt, basaltisk andesitt og andesitt (SiO2: 50-60 wt%) Andesitt trodde en før ble dannet ved anatekse av den subduserende havbunnskorpen De fleste tror i dag at andesitt dannes ved moderat fraksjonering av basalt i øybuer Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

44. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

45. Den subduserende havbunnskorpen smelter bare delvis opp dersom havbunnskorpen er ung og varm Smeltene som dannes har spesielle geokjemiske trekk og kalles for ADAKITTER (først beskrevet fra ADAK island Aleutene). Geo112, Kjell P Skjerlie 2002