Universität zu Köln

Geologie und Petrologie der mafischen Plutone im Trinity Ophiolth, Kalifornien (USA)

Stremmel, Kolja (2012) Geologie und Petrologie der mafischen Plutone im Trinity Ophiolth, Kalifornien (USA). PhD thesis, Universität zu Köln.

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      Abstract

      Im Trinity Komplex (Kalifornien, USA) treten innerhalb einer peridotitischen Mantelumgebung ca. 10, im Durchmesser bis zu acht Kilometer große, ca. 404-431 Ma. alte Gabbro-Plutone auf. Durch dieses Nebeneinander von Mantel und Kruste entspricht der Trinity Komplex scheinbar den Modellen zur Ausbildung ozeanischer Kruste bei langsamen Spreizungsraten. Entsprechend sollte in der vorliegenden Arbeit durch die geologische Bearbeitung dreier ausgewählter Plutone das Verständnis zur Bildung ozeanischer Kruste bei langsamen Spreizungsraten vertieft werden. Die Geländeaufnahme ergab, dass – im Gegensatz zu typischen Ophiolithen – im Trinity keine geordnete Pseudostratigrafie und keine strukturelle Konkordanz zwischen den Mantelgefügen und dem Krustenaufbau vorliegt, eine einheitliche Dehnungsrichtung nicht offensichtlich ist (equidimensionale Aufsicht der Plutone, verschiedene Richtungen der nur rudimentär ausgebildeten Gangschar) und typischerweise mit langsamem Spreizen auftretende tektonische Dehnung abwesend ist. Vorherrschend sind vielmehr Indikatoren für eine stabile, lithosphärische Umgebung wie zum Beispiel eckige, cm- bis metergroße Nebengesteinsfragmente entlang der Kontakte, nur untergeordnet entwickelte magmatische Gefüge, sowie dass Nebeneinander von bei unterschiedlichen Temperaturen gebildeter Gesteine, z.B. Pyroxenit in Gabbro, Dolerit-Gänge in Mantelgestein. Lokal sind die Trinity Gabbros sogar in eine strukturell wie geochemisch stark abweichend ausgebildete, neoproterozoische Kruste eingedrungen. Strukturell wie auch geochemisch ergibt sich keine Notwendigkeit, dass der Trinity Mantel mit den Plutonen kogenetisch ist. Trotz der nur geringfügigen Dehnung bei gleichzeitig durch Altersdaten suggeriertem langanhaltendem Magmatismus, kam es zu keiner Ausbildung einer lateral kontinuierlichen Kruste. Dies läßt auf ein sehr geringes Magmen- (und damit Wärme-) Budget schließen, was durch die generell kalten magmatischen Kontakte bestätigt wird. Im Gelände konnten drei intrusive Serien unterschieden werden. Anhand sehr niedriger REE und HFSE Gehalte zeigt sich geochemisch für diese Serien, eine Abstammung aus einer verarmten Quelle. Eine solch verarmte Quelle könnte wiederum die Erklärung für das oben erwähnte stark reduzierte Magmenbudget sein. Phasenpetrologisch gilt für die Plutone grundsätzlich die Ausscheidungsreihenfolge Olivin => Pyroxen (meist Klino- vor Orthopyroxen) => Plagioklas => Amphibol und damit die Gesteinsabfolge Dunit, Wehrlit, Pyroxenit, Gabbro, Plagiogranit. Zusammen mit der extrem Anorthit-reichen Natur der Plagioklase, welches auf ein wasserreiches Magma schließen läßt, ergeben sich somit starke Hinweise auf ein Suprasubduktionszonenmilieu. Gleichfalls grenzen sich die Klinopyroxene in den Serien durch ihre niederen Gehalte an Natrium, Aluminium und Titan klar von ihren ozeanischen Pendants ab. Die kartierten intrusiven, paläozoischen Serien können bei der Mineralchemie, den REE wie auch den HFSE, allein durch Fraktionierung voneinander abgeleitet werden, sind somit aus einem Stammmagma ableitbar. Bei den LILE Gehalten der Dolerite übersteigt die Streubreite allerdings die durch Fraktionierung alleine erklärbare Variation, so daß hier Stammmagmen mit unterschiedlichen starken Subduktionszonenkomponenten gefordert werden müssen. Inwieweit diese dann mit den kartierbaren intrusiven Serien (d.h. den Kumulaten) korrelieren, kann derzeit nicht abschließend geklärt werden Anhand der Resultate der Geländearbeiten in Kombination mit der Geochemie wird hier das Setting für die Genese des Trinity Komplexes in ein nur schwach extensives Fore-Arc Milieu gelegt und mit der Subduktion eines Rückens in Verbindung gebracht. Diese Setting erlaubt die Zufuhr von Wasser und LILE aus der abtauchende Platte in den Mantelkeil. Der abtauchende Rücken gewährleistet einen hohen Wärmefluss und verhindert durch seine geringe Dichte ein Roll-back und somit eine Dehnung im Fore-Arc Bereich. Die Gegenwart neoproterozoische Kruste (und Mantel?) bestätigt, dass ein erfolgreiches Rifting im Falle des Trinity Komplexes nicht stattgefunden hat. Die vom Mantel abgegebene Schmelzmenge war offenbar gering, da trotz nur sehr geringer Dehnung keine durchgehende Kruste, sondern nur isolierte Plutone, gebildet wurden. Als on-land Analog für langsames Spreizen (z.B. Indischer Ozean) erscheint der Trinity hingegen wenig geeignet, denn die typischen Charakteristika für langanhaltende, gerichtete Dehnung sind nur ansatzweise vorhanden.

      Item Type: Thesis (PhD thesis)
      Translated abstract:
      AbstractLanguage
      The Trinity Complex (Northern California, U.S.A.) exposes numerous gabbro intrusions, up to 8 km across, within a mantle peridotite host. Their ages ranges from 404 to 431 Ma.. The juxtaposition of mantle and crust rendered the Trinity Complex a good analogue to slow spreading oceanic crust and mantle. Accordingly, three plutons were selected to perform a detailed geological study with the aim to enhance our understanding of how oceanic crust is constructed when plates slowly diverge. Mapping of the selected Trinity gabbros demonstrated that – in contrast to typical ophiolites – a regular stacked pseudo-stratigraphic is not present, mantle flow appears not related to pluton fabrics, a uniform extension direction is not obvious (i.e. dykes/local swarms have a diverse orientation and pluton cross sections are equant in map view), and tectonic extension, normally abundant during slow spreading conditions, is absent. In contrast, there exists overwhelming evidence for a stable and relatively cold lithospheric setting, e.g. cm- to meter-scale host-rock fragments lining contacts or marking completely disintegrated former cumulate strata, absent to poorly developed magmatic fabrics, juxtaposition of rocks which formed at widely different temperatures, i.e. pyroxenite in gabbro, dolerite in peridotite; and, finally, in the Northwestern Trinity Complex, gabbros intruding in a preexisting, structurally and geochemically distinct, Neoproterozoic crust. Three intrusive series 1-3 could be discriminated during field work. For all plutons, the order of crystallization is olivine, followed by pyroxene (typically cpx before opx), plagioclase and finally amphibole. Consequently, the appearance of cumulate rocks is dunite => wehrlite => pyroxenite => gabbro => plagiogranite. This order of crystallisation, and the extremely anorthite-rich nature of plagioclase (implying a water-rich magma) support an origin in a supra-subduction zone setting. Low concentrations of Na, Al, and Ti mark cpx as chemically distinct from that in oceanic gabbros. By considering mineral chemical data, the Rare Earth Elements (REE), and the High Field Strength Elements (HFSE), the mapped intrusive Paleozoic Series 1-3 can all be derived from a single parent magma by fractional crystallization only. Very low REE and HFSE contents for all series demonstrate their derivation from a depleted source. For the Large Ion Lithophile Element (LILE) content of the dolerites, however, the spread in the data exceeds the range explicable by fractionation alone such that different kinds of source magmas having proprietary LILE contents need to be called for. It is currently not clear whether these diverse LILE components can be correlated with the mapped gabbro series 1-3. Even though in the Trinity Complex spreading has been limited and magmatism has been long-lived (as indicated by age data) no laterally continuous crust was formed. This suggests that the magma budget – and thus also the heat budget – was low. This conclusion is consistent with generally observed cold magmatic contacts and a chemically depleted source capable of generating only limited amounts of melts. In order to explain field, mineralogic and geochemical data an origin in a weakly extensional fore arc environment appears the most suitable setting. Subduction probably involved a spreading ridge. This overall setting allowed for the abundant supply of water and LILE from the downgoing plate. The subducting ridge would guarantee a high heat flow and its low density would prevent a roll-back and thus prohibit massive fore-arc extension. The presence of Neoproterozoic crust (and mantle?) independently confirms that a successful rifting did not occur in the case of the Trinity Complex. It is concluded that the Trinity Complex appears poorly suited as an on-land analogue for slow spreading environments (such as in the Indian Ocean), instead, evidence points to a relatively stable, lithospheric fore-arc setting.English
      Creators:
      CreatorsEmail
      Stremmel, Koljakoljastremmel@hotmail.com
      URN: urn:nbn:de:hbz:38-46247
      Subjects: Earth sciences
      Uncontrolled Keywords:
      KeywordsLanguage
      Trinity Ophiolith, Gabbro, Plutone, Subduktion, PyroxeniteGerman
      Trinity ophiolite, gabbro, mafic pluton, subduction, pyroxeniteEnglish
      Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
      Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Geologisches Institut
      Language: German
      Date: 2012
      Date Type: Publication
      Date of oral exam: 26 January 2012
      Full Text Status: Public
      Date Deposited: 23 Apr 2012 16:24:22
      Referee
      NameAcademic Title
      Suhr, GünterDr.
      Kleinschrodt, ReinerProf. Dr.
      URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4624

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