Forelæsning: Hvordan dannes magma Hvor dannes magma Forelæsning 9 Dannelse af magma Øvelse: Tryk og grad af opsmeltning; Sjældne jordarter (REE) som indikator for opsmeltningsbetingelser Hawai i F9 1 Geokemisk differentiation af Jorden oversigt (nucleosynthesis, mixing) Solar Nebula F9 2 (siderophile & chalcophile) Inner Core (late veneer) (volatiles) (lithophile) (refractories) Condensation and Accretion (atmophile) Core Silicate Earth Primitive Atmosphere (freezing) Outer Core Lower Mantle (hotspot plumes) Upper Mantle (plate tectonics: partial melting, recycling) Oceanic Crust (gas-solid equilibria) (melting; gravity and geochemical affinity) Primitive Mantle (partial melting; liquid-crystal partitioning) Continental Crust degassing (catastrophic impact) (continuing cometary flux?) (lost due to impacts) degassing Moon Modern Ocean & Atmosphere
Jordens øverste 750 km F9 3 Konvektion i kappen: 2-lags model MORB = Mid-Ocean Ridge Basalt; OIB = Ocean Island Basalt F9 4
Konvektion i kappen: alternativ model F9 5 Kappens hovedkomponenter F9 6 Primitiv Kappe (PM = Primitive Mantle): er stort set = Bulk Silikat Jord er jomfruelig - d.v.s. at den ikke er forarmet som følge af en partiel opsmeltningsbegivenhed Den nedre kappe udgøres hovedsageligt at primitiv kappe Forarmet kappe (DM = Depleted Mantle) er forarmet i inkompatible grundstoffer som følge af partiel opsmeltning (ekstraktion af basalt) udgør hovedsageligt den øvre kappe Recirkuleret oceanisk lithosfære har gns. sammensætning som basalt Goft set er PM = 3 dele DM + 1 del Basalt
Kappens kemiske sammensætning i vægt% O Mg Si Fe Ca Al Na Cr Ni Ti S K 100 BSE øvre kappe 1 0.01 0.0001 P Zr La Lu U Pt 0.000001 Au Grundstoffer der er forarmet i øvre kappe i.f.t. BSE er inkompatible under opsmeltning af kappen og derfor fordelt ind i basalt og ekstraheret. F9 7 0.00000001 Kappens mineralogiske sammensætning Kappe xenolith bestående at granat-lherzolit (>75 km dybde) Olivin [Mg 2 SiO 4 ] (lys flaskegrøn) Orthopyroksen [MgSiO 3 ] (mørk grøn/brun) Klinopyroksen [CaMgSi 2 O 6 ] (smaragd-grøn) Granat [pyrop: Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 ] (granat-rød) F9 8 ~5 cm Ved tryk mindre end 75 km dybde er spinel [MgAl 2 O 4 ] den stabile aluminiumholdige fase; bjergarten er en spinel-lherzolit
Kappens mineralogiske sammensætning II F9 9 Tryk og temperatur i Jordens øverste 750 km Normalt dannes ingen smelte idet den geothermale gradient ikke krydser soliduskurven F9 10
Opsmeltning af kappe lherzolit smelte Temperatur T1 liquidus A + smelte E solidus liquidus B + smelte T2 T3 A + B A E = eutektisk punkt B F9 11 Opsmeltning af kappe lherzolit Den første smelte har sammensætning? svar: T1 Temperatur E T2 T4 T3 A X B F9 12
Opsmeltning af kappe lherzolit F9 13 Kappens mineralogiske sammensætning II F9 14
Hvor og hvordan opsmeltes kappe I F9 15 Hvor og hvordan opsmeltes kappe II Partiel opsmeltning kan foregå tre steder: 1) Spredningsrygge; 2) subduktionszoner; 3) hotspots F9 16
Hvor og hvordan opsmeltes kappe III Kappe bevæges op, trykket mindskes og opsmeltning kan foregå. Kappe grundere end 50 km vil altid begynde at smelte! F9 17 Opsmeltning ved trykaflastning I F9 18
Opsmeltning ved trykaflastning II F9 19 Opsmeltning ved trykaflastning III F920
Basalt på oceanøerne (OIB) F9 21 Opsmeltning ved trykaflastning IV hotspots i oceanerne: Hawaii F922
Opsmeltning ved trykaflastning IV hotspots i oceanerne: Hawaii F923 Opsmeltning ved trykaflastning V F924
Opsmeltning ved trykaflastning VI F925 Opsmeltning ved trykaflastning V F926
Opsmeltning ved trykaflastning VI Highly alkaline alkaline tholeiite Parental magma F927 Koncentration af inkompatibelt sporelement i partiel smelte (C L ) og residual kappe (C R ) residualkappe (C R ) F928 CL 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 basaltsmelte (C L ) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 F (massebrøk af smelte)
Opsmeltning ved hydrering I F929 Opsmeltning ved hydrering II F930
Opsmeltning ved hydrering III F9 31 Basalt: Hovedgrundstof sammensætning sammensætningen af MORB F932
F933 Basalt: MORB REE sammensætning F934 Sjældne jordarter (REE) H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra Sc Y Ti Zr Hf Rf V Nb Ta Db Cr Mo W Sg Mn Tc Re Bh Fe Ru Os Hs Co Rh Ir Mt Ni Pd Pt Cu Ag Au Zn Cd Hg Ga In Tl Ge Sn Pb As Sb Bi Se Te Po Br I At Kr Xe Rn B Al C Si N P O S F Cl Ne Ar He La Ac Ce Th Pr Pa Nd U Pm Np Sm Pu Eu Am Gd Cm Tb Bk Dy Cf Ho Es Er Fm Tm Md Yb No Lu Lr 1 2 3 4 5 6 7 IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB Lanthanides Actinides 1 3 11 19 37 55 87 4 12 20 38 56 88 21 39 22 40 72 104 23 41 73 105 24 42 74 106 25 43 75 107 26 44 76 108 27 45 77 109 28 46 78 29 47 79 30 48 80 5 13 31 49 81 6 14 32 50 82 7 15 33 51 83 8 16 34 52 84 9 17 35 53 85 10 18 36 54 86 2 57 89 58 90 59 91 60 92 61 93 62 94 63 95 64 96 65 97 66 98 67 99 68 100 69 101 70 102 71 103 s filling p filling d filling f filling 2 10 6 14
ionic radii (Å) 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 F935 Sjældne jordarter (REE) LREE MREE HREE La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Atomic #57 71 Bulk D-values (basalt/peridotite) Bulk D-værdi (peridotit/basalt) 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 Sjældne jordarter (REE) La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu