Subduktion


 

Ziel
Einleitung
Modelle über den Ablauf des Subduktionsprozesses
Metabasite der subduzierten Platte
Metapelite der subduzierten Platte

Migmatitbildung im Bereich von Subduktionszonen

B-Be-Li SYSTEMATIK


Ziel:

Das Ziel ....

Einleitung:

Erst seit den 60iger Jahren erschienen Modellvorstellungen die den Zusammenhang zwischen der subduzierten Platte und den darüberliegenden Arc-Magmatismus in Zusammenhang brachten. Die ersten Modellvorstellungen gingen davon aus, dass die ozeanische Platte, welche unter einer andere ozeanische oder kontinentale Platte subduziert wird und aufschmilzt. Die dabei gebildeten Schmelzen treten in vulkanischen Aktivitäten über den Schmelzbildungzonen zu Tage. Diese einfache Vorstellung stammt aus den Ergebnissen der ersten Experimenten, die zu dieser Thematik durchgeführt wurden. In diesen Experimenten wurden Metabasalte eklogitischer Zusammensetzung von der ozeanischen Kruste partiell aufgeschmolzen. Die dabei entstandenen Schmelzen hatte eine andesitische Zusammensetzung. Ein Rückschluss auf diesen "Plattenaufschmelz-Mechanismus" war somit nicht ganz unverständlich, da andesitische Gesteine volumetrisch neben den Basalten den größten Anteil der Island Arc Vulkanite ausmachen.

Heutzutage sind sich die Geowissenschaftler jedoch einig, das nicht die Platte selbst aufschmilzt, sondern das durch Dehydratationsreaktionen in der subduzierten Platte selbst eine Fluidphase entsteht die in den Mantelkeil eindringt und durch die Erniedrigung des Peridotit-Solidus eine partielle Schmelzbildung hervorruft. Diese Schmelzen werden anschließend zu Tage gefördert. Natürlich fragt sich dann jeder, warum forschen die Jungs dann noch daran, wenn im Grossen und Ganzen schon alles geklärt ist. Die folgenden Abschnitte sollen zeigen, dass nicht alles so glänzt wie die Sonne auf unserem Erfolgsgruppena.......(Sorry!).

Im folgenden Abschnitt sind eine Vielzahl von Fragen aufgelistet, die zum einen die Komplexität und zum anderen die variablen Komponenten aufzeigen die beim Subduktionsprozess eine Rolle spielen.

Wie alt ist die ozenanische Kruste? Mit welcher Geschwindigkeit bewegt sich die ozean. Platte? Wie mächtig ist die Sedimentdecke auf der ozean. Platte? Wie stark ist die hydrothermale Überprägung der ozean. Platte, insbesondere welche Elemente wurden bei diesem Prozess zugeführt bzw. abgeführt und in welchem Ausmaß? Ablauf der Dehydratation der subduzierten Platte bei fortschreitender Subduktion? Welche Zusammensetzung hat die fluide Phase? Welche Zusammensetzng hat der Mantelkeil?   Welche Wechselwirkungen gibt es zwischen der fluiden Phase und dem Mantelkeil? Reagieren die Schmelzen beim Aufstieg noch mit dem Mantelkeilmaterial? AFC-Prozess? ..... usw.

 

Abbildung 1:

Modelle über den Ablauf des Subduktionsprozesses:

Abbildung 1 zeigt eine Modellvorstellung von Tatsumi und Kogiso (ESPL 1997). Er veröffentlichte diese Modellvorstellung schon 1986 und in einer etwas verfeinerten Überarbeitung 1989, aber bis heute hält Tatsumi an seiner Hypothese fest und ist natürlich felsenfest von der Richtigkeit seine Hypothese überzeugt.

Tatsumi geht davon aus, das die subduzierte Lithosphäre vollständig unter der forearc Region entwässert wird und das der eingentliche Slap in Tiefen in denen die Schmelzbildung im Mantelkeil stattfindet (ca. 100-110 km) im wesentlichen dehydriert ist. Das Fluid welches unter der "forearc Region" entweicht, reagiert mit dem Mantelkeil und bildet eine hydrierte Peridotitlage (s. HP1 in Abb. 1) welche aufgrund einer viskosen Kopplung mit der starren Platte in die Tiefe gezogen wird. In dieser hydrierten Peridotitlage laufen in erster Linie druckabhängige Dehydratationsreaktionen ab. In Tatsumis Modellvostellung sind diese der "breakdown" von Amphibol (3,5 GPa/110 km) und Phlogopit (6GPa/170 km). Die dazugehörigen, von Tatsumi postulierten, Dehydratationsreaktionen lauten:

  1. Pagrasit+Opx=Phl+Cpx+Ol+Grt+H2O
  2. Phl+Opx+Cpx=K-Amph+Grt+Ol+K2O+H2O

Diese spezifischen Dehydratationsreaktionen führen zu einer enormen Wasserfreisetzung in den darüberliegenden Mantelkeil. Bei der Migration der wässrigen fluiden Phase in Regionen in denen der Solidus von hydrierten Peridotiten überschritten wird findet eine partielle Schmelzbildung statt. Tatsumi stellt sich mit seinem Modell gegen die Vorstellung, das die Signatur des Fluids aus der subduzierten Platte direkt auf die Schmelzbildungszone im Mantelkeil übertragen wird. In seinem Modell wird der Chemismus des Fluids nicht durch die Dehydratationsreaktionen in der subduzierten Platte gesteuert, sondern durch den Breakdown von Amphibol und Phlogopit im Mantelkeil. Diese Aussage begründet Tatsumi mit den folgenden Aussagen: ..........

 

HP1

HP 2 HP3
Serpentin 42% Forsterit 60% Forsterit 62%
Forsterit 36 % Enstatit 16 % Enstatit 8%
Pargasit 9 % Pargasit 9% Diopsid 14%
Tschermakit 6% Tschermakit 6% Phlogopit 3%
Diopsid 5% Diopsid 5% Granat 12%
Phlogopit 2% Phlogopit 2%  

 

 

 


 

Akkretionärer Keil

Beginn der Subduktion am akkretionären Keil (= Akkretionskeil, tektonische Melangé).


Metabasite

MORB-Mineralogie:
Ol + Cpx + Pl + Ilm + Usp + Mag + Cr-Spl

Hydrothermalmetamorphose des MORB

Zeolith-, Prh-Pmp-, Grünschiefer und Amphibolit-Fazies:
Durch Hydrothermalmetamorphose ( -> + H2O) (zeolith-, Prh-Pmp-, grünschiefer, z.T. bis amphibolit-faziell) und nachfolgende, grünschieferfazielle Metamorphose in der subduzierenden Platte entsteht die Paragenese:

Act + Chl + Srp + Ep/Zo + Ab/Pl + Prh + Pmp + Ca-Zeolithe + Cal + Bt, + Stp + Qtz

Fazies der subduzierenden Platte

Amphibolitfazies:
Paragenese:

Hbl + Pl + Bt + Ep (nur in der unteren, nicht mehr in der oberen!)

In den Plagioklasen nimmt der Ca-Gehalt mit steigender Temperatur von An20-50 auf An40-70 in der Granulitfazies zu (--> reiner Ab der Grünschieferfazies -> An00).

Granulitfazies:

Praktisch OH-freie Fazies

Am --> Px + SiO2 + H2O

Amphibole können sekundär durch retrograde Hydratationsreaktionen entstehen.

Blauschieferfazies:
Während der Subduktion wird diese Paragenese unter blauschieferfaziellen P-T-Bedingungen (HPLT) in folgende überführt:

Blauschieferparagenese:

Gln + Lws + Pg + Ep/Zo + Qtz + Arg + Grt + Phe + Tlc + Rt + Chl + Ank

Die wichtige Grünschiefer/Blauschiefer-Übergangsreaktion:

Ab + Chl + Qtz -> Gln + Pg + H2O bei 400°C und 1GPa

weitere Mineralreaktionen:
An + H2O/Lmt -> Lws                                         0,4-0,5 GPa
Act + Ab + Chl -> Gln + Lws                              < 400°C
und Act + Ab + Chl -> Gln + Zo + Qtz + H2O    > 400°C
Lws + Jd/Ab -> Pg + Zo + Qtz + H2O                +Jd bei 500°C, +Ab bei < 400°C
Pg + Chl + Qtz -> Gln + Ky + H2O
An -> Grs + Ky + Qtz
Cal -> Arg

Eklogitfazies:
Eklogit-Fazies-Paragenese:

Grt + Omp + Ky + Qtz/Cs + Pg + Tlc + Rt -> kein Pl!

Die wichtige Blauschiefer/Eklogit-Übergangsreaktion:

Gln + Pg -> Prp + Jd + Qtz + H2O bei 450°C und 1,7GPa

weitere Mineralreaktionen:

T P

Ab -> Jd + Qtz

250°C
500°C
1000°C
0,9 GPa
1,5 GPa
2,5GPa

 


Metapelite (pelagischer Sedimente)

Mineralogie:

Mnt + Smektit + Kln + Prl + Chl + Serizit (=Ms) + Karbonate + x-Oxide (x hauptsächlich Fe2+, Fe3+, Ti)

Chemismus:

SiO2     - 55%
TiO2     - 1%
Al2O3   - 15%
FeOtot  - 10%
MgO     - 3%
CaO      - 1%
Na2O    - 1%
K2O      - 3%
H2O      - 9%

Mineralreaktionen:

Sud + Qtz -> Mcp                                0,8GPa
Sudoit: Mg2Al3[AlSi3O10](OH)8, dioktaedrischer Chl
Mcp: MgAl2[Si2O6](OH)4
Ms + Phl + Qtz + H2O -> Phe + Chl    0,5 GPa
Chl + Prl + H2O -> Mcp + Qtz
Chl + Qtz -> Tlc + Ky + H2O
Tlc + Ky -> Prp + Cs + H2O                 HP!
Mcp -> Cld + Qtz + H2O

Amphibolitfazies:
Paragenese:

Pl + Qtz + Hbl + Crd + Al2SiO5 + St

Mineralreaktionen:

St -> Grt + Als
St -> Grt + Bt + Als
Chl + Als + Qtz -> Crd + H2O; Amphibolit - Granulitfazies-Reaktion

 


Migmatit

Schmelzbildung in der Unterkruste durch Dehydrations-Schmelzen (dehydration-melting):

Bt +Qtz --> Kfs + Opx + H2O + L
Ms --> Kfs + Crn + H2O                                  700°C
Ms + Qtz --> Kfs + Al2SiO5 + H2O                  650°C
Bt + Qtz + Pl + Al2SiO5 + V --> Crd + L         660°C, 0,3-0,6GPa
(Pg --> Ab; Mrg --> An)                                   500°C
Bt + Als --> Grt + Crd + H2O
Bt + Crd + Qtz --> Grt + Kfs + H2O
Phl + Ms --> Crd + Kfs + H2O

 


Stand: 19. Januar 2002