Petrotektonika bazaltok petrogenezise a forrástól a felszínig

Átírás

1 Petrotektonika bazaltok petrogenezise a forrástól a felszínig Kiss Balázs Ábrák: Robin Gill Igneous rocks and processes Harangi Szabolcs oktatási segédanyagok, magmás kőzettan, geokémia, magmás petrogenezis John Winter - Igneous Petrology kurzus M. Wilson - Igneous Petrogenesis H. Schminke Volcanism Jankovics et al Harangi et al 2013 Harangi & Kiss 2013

2 Petrotektonika bazaltok petrogenezise a forrástól a felszínig

3

4

5 A bazaltok a földfelszín leggyakoribb magmás kőzetei!

6 A bazaltos magmák a földköpenyben képződnek ezért geokémiai összetételük és zárványaik a köpeny összetételéről és ásványairól nyújt információt.

7 A bazaltos magmák gyakran szülőmagmái a fejlettebb magmáknak, amelyek frakcionációs kristályosodás révén jöhetnek létre a bazaltos kőzetolvadékból. LIP

8 Def1.: A bazalt mafikus magmás kőzet, amely finomszemcsés, fő alkotója az augit és a Ca+plagioklász.

9 Def2.: bázikus/bázisos összetétel SiO %, Na2O+K2O<5% (bazalt s.s.) További fogalmak: -olivin bazalt -pikrit: olivin -ankaramit: olivin+augit Olivine - augite - phyric ankaramite (Aoba Island, Vanuatu, SW Pacifi c. Upper portion PPL, lower portion crossed polars. Width of fi eld 2.7 mm). Olivine - phyric basalt from Waikoloa, island of Hawai`i (image courtesy of J.G. Fitton); Width of fi eld 3.5 mm.

10 Bazaltok osztályozása

11 Bazaltok osztályozása petrográfia és geokémia alkáli bazalt: nefelin tartalmú olivin bazalt tholeiites bazalt: ortopiroxén tartalmú bazalt szubalkáli bazalt: általánosabb kémiai kategoróia, hawaii-i és egyéb tholeiites bazaltok átmeneti bazalt: az alkáli-tholeiites határsávba eső bazaltok bazalt s.l. picrobazalt: ultrabázisos összetétel, olivin gazdag és kevés plagioklász bazaltos andezit: bazaltos ásványos összetétel, de Nagazdag plagioklász trachybazalt, bazanit, tefrit: alkáliföldpát és földpátpótló tartalom

12 Alkáli bazalt & Tholeiites bazalt

13 Alkáli bazalt Alkáli & Tholeiites bazalt & Tholeiites bazalt bazalt Si-ban telítetlen: Si-ban telített: Si-ban túltelített:

14 Alkáli bazalt & Tholeiites bazalt CIPW nomratíva: Egy kőzet CIPW normatívája nem más mint teljes kőzet összetételének a lefordítása hipotetikus (normatív) ásványokra, sztenderd ásvány összetételek mellett.

15 CIPW normatíva: Egy kőzet CIPW normatívája nem más mint teljes kőzet összetételének a lefordítása hipotetikus (normatív) ásványokra, sztenderd ásvány összetételek mellett.

16 Bazaltok osztályozása jelenleg elfogadott definíciók -CIPW normatíva alapján alkáli bazalt: nefelin normatív bazalt Si telítetlen tholeiites bazalt: ensztatit normatív bazalt Si telített szubalkáli bazalt: olyan bazalt aminek a CIPW normatívája nem tartalmaz nefelint. Ez egy nagyobb kategória, amiben bele tartoznak a tholeiites bazaltok vagyis a MORB-ok, de a szubdukciós eredetű bazaltok is.

17

18

19

20

21

22 Bazalt

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45 Magmafeláramlás

46 Magmafeláramlás

47 Magmafeláramlás sebessége

48 Magmafeláramlás sebessége

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63 A 18. ábrán az erősen inkompatibilis La és az erősen kompatibilis Cr koncentrációváltozását figyelhetjük meg a kristályosodás előrehaladtával (f csökkenésével). A lantán koncentrációja exponenciálisan növekszik, azaz a lantán egyre jobban dúsul a maradékolvadékban, míg a Cr koncentrációja exponenciálisan csökken, azaz a maradékmagma egyre inkább kimerül krómban. Ennek a magyarázata az, hogy a korán kristályosodó mafikus ásványfázisok beépítik kristályrácsukba a kompatibilis nyomelemeket (pl. a nikkelt és a krómot), ezzel elvonva őket a magmából, míg az inkompatibilis nyomelemek méretük vagy töltésük miatt nem tudnak ezekbe az ásványfázisokba belépni, ezért a maradékmagmába dúsulnak fel. Egy kogenetikus, komagmás kőzetsorozat esetében tehát a bazaltok kompatibilis elemekben (pl. Ni, Cr) viszonylag gazdagok, inkompatibilis nyomelemekben (pl. La, Nb, Rb, Ba) a kiindulási magma összetételétől függően viszonylag szegények, míg a differenciált kőzetekben fordított a helyzet.

64 A következő ábrákon a mecseki alsókréta vulkáni kőzetsorozat geokémiai változékonyságára és annak lehetséges petrogentikai magyarázatára mutatunk be példát. A kőzetsorozat bazaltos és fonolitos kőzetekből épül fel és a keleti Mecsek területén bukkan a felszínre (Harangi, 1993; 1994). A nikkel nulla (azaz értéke a kimutatási határ alatti) és 250 ppm között változik és az SiO 2 értékének növekedésével koncentrációja rohamosan csökken. Mindez összhangban van a frakcionációs kristályosodási folyamat által előidézett változással: ahogy az olivin kristályosodása elkezdődik, a nikkel koncentrációja a maradékmagmában erősen lecsökken. A közel 250 ppm nikkel tartalmat mutató két kőzet összetétele feltehetően közel áll az elsődleges magma összetételéhez, mivel részleges olvadás során a nikkel koncentrációja a keletkező olvadékban ppm, függetlenül az olvadás mértékétől. Az ábráról az is leolvasható, hogy még a bazaltos kőzeteken belül is viszonylag jelentős a nikkel koncentráció változás. Ez a különböző mértékű olivin kristályosodással magyarázható.

65 A bárium inkompatibilisen viselkedik bazaltos magmában. A következő ábra azt mutatja, hogyan változik koncentrációja egy bazalt-fonolit sorozatban. A bárium koncentrációja kezdetben nő, ami összhangban van azzal, hogy nincs olyan ásványfázis, amibe betudna lépni, azaz inkompatibilisen viselkedik és a maradékmagmában dúsul. A magmafejlődés során azonban értéke hirtelen csökkenni kezd. Ez azzal magyarázható, hogy elkezdődött egy olyan ásványfázis kristályosodása, ami már befogadta a báriumot. Ez az ásványfázis például az alkáli földpát, ami megtalálható a fonolit kőzetekben, azaz a bárium ebben a rendszerben már kompatibilisen viselkedett.

66 A következő ábra a bazaltos rendszerben szintén erősen inkompatibilis tórium koncentrációváltozását mutatja a bazalt-fonolit kőzetsorozatban: A tórium értéke fokozatosan növekszik, törés nélkül, a bazalt kőzetektől a fonolit kőzetekig, ami azt jelenti, hogy a tórium végig a kristályosodás során inkompatibilis volt, azaz nem vált ki a magmából egy olyan ásványfázis sem (pl. cirkon, allanit, monacit), ami kristályába építette volna.

67 Az előző fejezetekben ismertetett petrogenetikai modellszámítások alapján a bazaltok elsődleges magmái gránát-peridotit földköpeny kőzet különböző mértékű (4-6%-os) részleges olvadásával keletkeztek. Ezek a magmák frakcionációs kristályosodása vezetett részben a differenciált bazaltok, illetve a fonolitok kialakulásához.

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124