Lower Ocean Crust beneath Slow-Spreading Ridges: a Combined Oxygen Isotopic and Elemental in-situ Study on Hole 735B Gabbros

Abstract

Die chemische und die Sauerstoffisotopen-Zusammensetzung der Minerale aus Gabbros der ODP-Bohrung 735B wurden mit Hilfe von hochauflösenden in-situ Methoden, nämlich mit der Ionensonde, der Mikrosonde und der UV-Laser O-Isotopen Mikrosonde bestimmt. Die Hauptelementzusammensetzung der Minerale bestätigt frühere Ergebnisse, dass die Gabbros der Bohrung 735B aus 4-5 Einheiten bestehen, die während mindestens zweier grösserer Olivingabbro-Intrusionen gebildet worden sind. Grosse Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung der Minerale sowie Zonierungen in den Mineralen selbst machen deutlich, dass nach einer ersten Kristallisationsphase späte" Residualschmelzen durch die Gabbros gewandert sind und mit den Gabbros durch Festkörper-Diffusion reagiert haben.Spurenelementzonierungen in den Gabbromineralen, insbesonders in Plagioklas und in Klinopyroxen, der Bohrung 735B stellen offensichtlich ein Charakteristikum der unteren ozeanische Kruste dar, die für Gesteine aus Rücken mit besonders niedrigen Spreizungsraten typisch sind. Modellrechnungen zeigen, dass die beobachteten Zonierungen nicht primär während des Wachstums der Minerale, sondern sekundär während eines diffusiven Austauschs gebildet worden sind.Eine Modellierung der gemessenen Diffusionsprofile ergibt deutlich höhere Diffusionsraten der Spurenelemente im Vergleich mit experimentell bestimmten Raten. Während in den experimentellen Bestimmungen die Seltenen Erden grosse Unterschiede in den Diffusivitäten aufweisen, sind sie in den hier gemessenen natürlichen Klinopyroxenen sehr ähnlich.Im Unterschied zu den Lokalitäten mit hohen Spreizungsraten, die anhand der O-Isotopenzusammensetzung eine Wechselwirkung mit Meerwasser bis zu Tiefen von 5 km erkennen lassen, zeigen die Gesteine der Bohrung 735B lediglich eine Eindringtiefe des Meerwassers in die obersten 600 Meter der unteren ozeanischen Kruste, was etwa 2 bis 2.5 km der gesamten ozeanischen Kruste entspricht. Auf der Basis der18O-Messungen durchgeführte Massenbilanzabschätzungen ergeben einen mittleren δ18O-Wert von 5.5 für die untere ozeanische Kruste sowie einen mittleren δ18O-Wert von 7.55 bis 7.85 für die gesamte ozeanische Kruste, je nachdem welcher Wert für die pillow basalts" und die die sheeted dykes" angenommen wird. Ozeanische Kruste bei hohen Spreizungsraten weist jedoch durch Wechselwirkung mit Meeerwasser bei 250°C verarmte δ18O Werte auf. Diese Abhängigkeit des mittleren δ18O-Werts von der Spreizungsrate hat wichtige Konsequenzen sowohl für die Meerwasserzusammensetzung während der geologischen Geschichte als auch für den O-Isotopenaustausch zwischen der Kruste und dem Mantel bei der Subduktion.