Geology Reference
In-Depth Information
und Residuum. Im globalen Maßstab geschah
(und geschieht) dies bei der Differenzierung
von Kruste und Mantel, im lokalen Maßstab
finden solche Prozesse natürlich in jeder Zone
magmatischer Aktivität statt. Neben der geo-
chemischen Trennung unterschiedlich kompa-
tibler bzw. inkompatibler Spurenelemente ist
auch die Zumischung von Material zu aufstei-
genden Schmelzen - sei es in Form einer Fest-,
einer Fluid- oder einer Schmelzphase - dazu
geeignet, die Isotopensignatur zu verändern.
Dies ist völlig analog zur
Kontamination
im
Haupt- und Spurenelementbereich, wo natür-
lichdieZusammensetzungderSchmelze,diein
einerMagmenkammerkristallisiertoderinei-
nem Vulkan gefördert wird, einerseits durch
die Aufschmelzprozesse (Tiefe, Zusammenset-
zung der Quelle, Anwesenheit von Fluiden,
Temperatur), andererseits durch Veränderun-
gen beim Aufstieg (Assimilation von Nebenge-
steinsmaterial, sei es in der Unter-, Mittel- oder
Oberkruste) bestimmt wird. Die ebenfalls
wichtigen Veränderungen der Schmelzzusam-
mensetzung durch Fraktionierung spielen iso-
topisch keine Rolle, da unterschiedliche Isotope
ein und desselben Elements dabei nicht fraktio-
nieren. Und genau dieser Punkt macht radio-
gene Isotope nun im Vergleich- bzw. in Kombi-
nation mit Haupt- und Spurenelement-Geoche-
mie so wertvoll: Sie definieren unterschiedliche
Reservoire und werden durch Fraktionierungs-
prozesse nicht verändert - man blickt mit ihnen
gleichsam durch den Kumulateffekt hindurch.
Die verschiedenen Isotopensysteme reagie-
ren unterschiedlich bei Differenzierungs-Vor-
gängen, je nachdem, ob sich das Mutter- oder
das Tochterisotop in magmatischen Prozessen
kompatibler verhält. Insbesondere zwei An-
wendungen haben in den letzten Jahrzehnten
dazu geführt, dass radiogene Isotope aus der
magmatischen Petrologie nicht mehr wegzu-
denken sind: die Definition von unterschiedli-
chen
Erdmantel-Reservoiren
und die
Quantifi-
zierung von Mischungsprozessen
,wiesiebei
krustaler Kontamination von Mantelschmelzen
auftreten. Ersteres involviert neben radiogenen
Isotopen häufig auch die Spurenelementgeo-
chemie von Schmelzen, letzteres neben diesen
beiden Methoden auch stabile Isotope, insbe-
sondere Sauerstoff.
Indenvergangenenetwa25Jahrenwurdever-
sucht, den Erdmantel geochemisch zu unter-
gliedern. Nach charakteristischen Isotopen-
merkmalen, insbesondere mittels des Sr- und
des Nd-Systems, und bisweilen Spurenelement-
merkmalen wurden zunächst unterschiedliche
Quellregionen definiert, die folgendermaßen
bezeichnet wurden:
- „
depleted mantle
“(DM,
verarmter Mantel
,
manchmal auch DMM, verarmter MORB-
Mantel genannt, d. h. verarmt an inkompatib-
len Spurenelementen, insbesondere durch frü-
here und andauernde Aufschmelzprozesse),
-„
enriched mantle
“(EMIundEMII,
angerei-
cherter Mantel,
zwei geochemisch unter-
schiedliche Mantelzusammensetzungen mit
Anreicherungen inkompatibler Spurenele-
mente, z. B. durch metasomatische Prozes-
se, die wohl der Rückführung ozeanischer
Kruste und ihrer Sedimente in den Mantel zu
verdanken sind),
-„
prevalent mantle reservoir
“(PREMA,das
vorherrschende Mantelreservoir
),
-„
bulk silicate Earth
“(BSE,diedurchschnitt-
liche
Gesamterdezusammensetzung
ohne
Kern),
-„
mid-ocean ridge basalts
“(MORBs,
mittel-
ozeanische Rückenbasalte
, deren Reservoir
eigentlich DM sein sollte, die aber trotzdem
häufig weiter gefasste Zusammensetzungen
haben und daher getrennt genannt werden;
man unterscheidet je nach Spurenelement-
zusammensetzungen unterschiedliche Typen
von MORBs, nämlich normale N-MORBs
und angereicherte (
enriched
) E-MORBs; Ta-
belle 4.15),
-„
focal zone
“(FOZO,einnochkontroversdis-
kutiertes Endglied, das möglicherweise im
unteren Erdmantel vorhanden ist),
-dassogenannte
„HIMU„-Reservoir
,dasim
nächsten Absatz näher erläutert wird.
All diese verschiedenen Mantelreservoire ha-
ben charakteristische isotopische Zusammen-
setzungen oder Zusammensetzungsspannbrei-
