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. 2009 Harangi et al 2013 Harangi & Kiss 2013
Petrotektonika bazaltok petrogenezise a forrástól a felszínig
A bazaltok a földfelszín leggyakoribb magmás kőzetei!
A bazaltos magmák a földköpenyben képződnek ezért geokémiai összetételük és zárványaik a köpeny összetételéről és ásványairól nyújt információt.
A bazaltos magmák gyakran szülőmagmái a fejlettebb magmáknak, amelyek frakcionációs kristályosodás révén jöhetnek létre a bazaltos kőzetolvadékból. LIP
Def1.: A bazalt mafikus magmás kőzet, amely finomszemcsés, fő alkotója az augit és a Ca+plagioklász.
Def2.: bázikus/bázisos összetétel SiO2 45-52%, 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.
Bazaltok osztályozása
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
Alkáli bazalt & Tholeiites bazalt
Alkáli bazalt Alkáli & Tholeiites bazalt & Tholeiites bazalt bazalt Si-ban telítetlen: Si-ban telített: Si-ban túltelített:
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.
CIPW normatíva: Egy kőzet CIPW normatívája nem más mint teljes kőzet összetételének a lefordítása hipotetikus (normatív) ásványokra, sztenderd ásvány összetételek mellett.
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.
Bazalt
Magmafeláramlás
Magmafeláramlás
Magmafeláramlás sebessége
Magmafeláramlás sebessége
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.
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 250-350 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.
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.
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.
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.