A köpeny és olvadékai

A köpeny és olvadékai

A Föld F szerkezete és összetételetele Köpeny: Peridotit (ultrabázisos kőzetk zet) Felső köpeny 410 km-ig (olivin spinell) Felső köpeny felső része (60-220 km) Asztenoszféra Kis sebességű zóna (LVL( LVL) Átmeneti zóna sebesség g növekszikn ~ gyorsan 660 km spinell perovszkit-típus Si IV Si Si VI Gazdag geokémiailag olvad Alsó köpeny további fokozatos sebesség növekedés Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. Kéreg Köpeny Mag Felső köpeny Átmeneti zóna Alsó köpeny Külső mag (likvid) Belső mag (szilárd) Mélység (km) LVL

Mélység (km) Felső köpeny Átmeneti Zóna Sűrűség A Föld F belső szerkezete ásv Gránát peridotit Spinell peridotit - - Gránát Majorit gránát Ortopiroxén Klinopiroxén Fe A felső köpeny, az átmeneti zóna z és az alsó köpeny sványi összetétetele, tetele, tovább bbá a sűrűségs változása a mélysm lység függvényében olivin spinell Ferroperiklász Alsó köpeny Mg-szilikát perovszkit Ca-szilikát perovszkit Frakció

Fate of the subducted slab: Ringwood 1991 Model One of the problems of plate tectonics is the fate of the subducting slab. This can be traced, from seismic evidence, to descend to about 650 km; but the evidence is somewhat conflicting regarding the extent to which it penetrates the dense 650 km discontinuity. (See references by Jordan and Hilst). Because the phase changes with depth are now known in some detail, both for ultramafic mantle material and for subducted basaltic ocean crust, it is possible to calculate their modal compositions with depth. For instance, the modal composition of pyrolite with depth is shown in Fig. 10: Fig. 11 shows the same calculations for basaltic ocean crust. Note that the plate which is subducting is not uniform mantle pyrolite but, because of melting at the ridge axis, it has segregated into a basaltic ocean crust (ca 5 km thick), residual harzburgite (from which the basalts were extracted) underlain by ordinary pyrolite. Knowing the mineral proportions and the densities of the minerals in each of the main rock types, undepleted pyrolite, depleted harzburgite, and basaltic ocean crust, it is then possible to calculate the density changes in each of these rock types with depth.

Bazaltos magmatípusok - A képződő olvadékok általában bazaltos összetételűek - A legtöbb magmás kőzet bazaltos összetételű magmából származtatható - Három bazalt típus különíthető el az összetétel és képződési környezet szerint: - Mészalkáli bazalt (CA) - Tholeiites bazalt (TH) - Alkáli bazalt (AB) A köpeny szilárd, a magmák nagy része onnan származik olvadás

Fázis diagram Al-tartalm tartalmú 4-fázisú lherzolitra ra a felsőköpenyben és s az átmeneti zónábanz Al-fázis (szubszolidusz reakciók): Plagioklász sekély (< 50 km) Spinell 50-80 km Gránát 80-400 km Si VI koordináció > 400 km Phase diagram of aluminous lherzolite with melting interval (gray), sub-solidus solidus reactions, and geothermal gradient. After Wyllie, P. J. (1981). Geol. Rundsch. 70, 128-153.

Lherzolit: egy peridotit típus olivin > ortopiroxén Lherzolit + klinopiroxén Olivin 90 Dunit Wehrlit Peridotit Harzburgit Lherzolit 40 Ortopiroxenit Olivin websterit 10 Piroxenit 10 Ortopiroxén Websterit Klinopiroxenit Klinopiroxén Ultrabázisos kőzetek Streckeisen-diagramja

Hogyan képzk pződik olvadék/magma a köpenybenk penyben? Geoterma önmagában nem okoz olvadást a köpenyben, azonban olvadás bekövetkezik, ha: 1) T emelkedik: Köpeny radioaktív elemei 1 o C-os T emelkedést 10 7 év alatt valószínűtlen Forró foltok valószínűbb, de lokális (pl. Hawaii) Lherzolite Melting by raising the temperature.

A gránát lherzolit olvadása az asztenoszérában Olvadás a köpenyben (lherzolitban): geoterma metszi a szoliduszt: > 1100-1200 o C-on ~100-250 km mélység között Lherzolite

2) P csökken: Hogyan képzk pződik olvadék/magma a köpenyben? A köpeny adiabatikus felemelkedése (több 100 km) konduktív hőveszteség nélkül aktív köpeny dekompressziós olvadás (lassú) legalább 30%-nyi köpenyanyag olvadhat meg Melting by (adiabatic) pressure reduction. Melting begins when the adiabat crosses the solidus and traverses the shaded melting interval. Dashed lines represent approximate % melting. Lherzolite

3) Illó hozzáadódás történik: Hogyan képzk pződik olvadék/magma a fluidumzárvány köpenyben? csillám, amfibol, karbonátásvány, szulfid és apatit ismert a köpenyben néhány 100 ppm különösen a H 2 O hatása drámai Kisérletek Lherzolite Dry peridotite solidus compared to several experiments on H2O-saturated peridotites.

Csillám- és amfibol-tartalmú peridotit Hogyan képzk pződik olvadék/magma a - Oceáni geotermán köpenyben? Lherzolite - Kontinentális geotermán amfibol és csillám olvadása H 2 O felszabadulással jár Olvadék mennyisége limitált: ~1%; magmaképződésre nem, LVL magyarázatára elegendő Phase diagram (partly schematic) for a hydrous mantle system, including the H2Osaturated lherzolite solidus of Kushiro et al. (1968), the dehydration breakdown curves for amphibole (Millhollen et al., 1974) and phlogopite (Modreski and Boettcher, 1973), plus the ocean and shield geotherms of Clark and Ringwood (1964) and Ringwood (1966). After Wyllie (1979). In H. S. Yoder (ed.), The Evolution of the Igneous Rocks. Fiftieth Anniversary Perspectives. Princeton University Press, Princeton, N. J, pp. 483-520.

Tholeiites Tholeiites és s alkáli és li alkáli bazalt bazalt képzk pződése kémiailag képződése uniform kémiailag köpenybk uniform penyből köpenyből Változó (más mint X): Hőmérséklet Nyomás Phase diagram of aluminous lherzolite with melting interval (gray), sub-solidus reactions, and geothermal gradient. After Wyllie, P. J. (1981). Geol. Rundsch. 70, 128-153.

Tholeiites és s alkáli li bazalt Tholeiites bazalt sekély mélységben képződik: - 25%-os olvadás < 30 km tholeiites bazalt Alkáli bazalt nagyobb mélységben képződik és kisebb mértékű olvadás során: < 20 %-os olvadás > 60 km alkáli bazalt Tholeiites bazalt nagyobb mértékű olvadás során képződik: - 30 %-os olvadás ~ 60 km tholeiites bazalt

A képződő bazaltos olvadék (magma) összetétele a P függvényében Nyomás szerepe Nyomás hatása Illómentes rendszer NaAlSiO 4 (nefelin) NaAlSi 2 O 6 (jadeit) Change in the eutectic (first melt) composition with increasing pressure from 1 to 3 GPa projected onto the base of the basalt tetrahedron. After Kushiro (1968), J. Geophys. Res., 73, 619-634. Nefelin-tartalmú alkáli bazalt NaAlSi 3 O 8 (albit) Olivin-tartalmú tholeiites bazalt Kvarc-tartalmú tholeiites bazalt (Fe,Mg) 2 SiO 4 forszterit (Fe,Mg) 2 Si 2 O 6 ensztatit SiO 2

Fázisok bazaltos olvadékban kis P olivin plagioklász klinopiroxén csökkenő T-vel ~70 o C T tartomány Anhydrous P-T phase relationships for a midocean ridge basalt suspected of being a primary magma. After Fujii and Kushiro (1977). Carnegie Inst. Wash. Yearb., 76, 461-465.

kis P olivin plagioklász klinopiroxén csökkenő T-vel ~70 o C T tartomány nagy P Fázisok bazaltos olvadékban klinopiroxén plagioklász olivin csökkenő T-vel ~80 o C T tartomány Anhydrous P-T phase relationships for a midocean ridge basalt suspected of being a primary magma. After Fujii and Kushiro (1977). Carnegie Inst. Wash. Yearb., 76, 461-465.

Fázisok bazaltos olvadékban kis P olivin plagioklász klinopiroxén, csökkenő T-vel nagy P klinopiroxén plagioklász olivin, csökkenő T-vel 25 km-nél minden együtt kristályosodik = többszörös telítettség 25 km-es mélységnél a magma egyensúlyban van a köpennyel (óceánközépi hátság bazalt)

Szilárd (kőzet) összetétele Cpx Olvadék összetétele Partial melting in upper mantle Olivin: Fe, Mg, Ni Ortopiroxén: Al, Fe, Mg, Cr Klinopiroxén: Na, Ti, Al, Ca, Fe, Mg, Cr Gránát: Al, Ca, Fe, Mg, Cr Spinel: Al, (Ti), Fe, Mg, Cr Ol Opx Wilson, 1989