Hotspotbedingte ozeanische Inseln, zugehörige Inselketten und Large Igneous Provinces: Rekonstruktion der Lebensdauer des Galápagos-Mantelplumes
Hotspotbedingte ozeanische Inseln sind die an der Erdoberfläche sichtbaren Ausdrucksformen von Mantelplumes und dienen als Referenzrahmen für absolute Plattenrekonstruktionen. In diesem Projekt plane ich, den geochronologischen und geochemischen Zusammenhang zwischen Mantelplumes und den von ihnen erzeugten ozeanischen Produkten zu untersuchen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Galápagos-Mantelplume und auf der Beziehung zwischen Plume-Schwanz und Plume-Kopf.
Da die Grenzen der Ar-Ar-Datierung von kaliumarmen und bei niedrigen Temperaturen alterierten Gesteinen zunehmend erkannt werden, gilt die U-Pb-Datierung von Zirkonen derzeit als die zuverlässigste geochronologische Methode zur Altersbestimmung mafischer Gesteinsfolgen. Dies liegt an der hohen Widerstandsfähigkeit von Zirkonen gegenüber Alteration sowie an ihrer Anreicherung an Uran bei gleichzeitig sehr geringem primärem Bleigehalt. Auf dieser Grundlage lässt sich die Entwicklung von Mantelplumes und ihren Produkten rekonstruieren. In diesem Projekt soll die zeitliche Entwicklung des Galápagos-Plumes mithilfe von U-Th-Pb-Datierungen an Zirkonen eingegrenzt werden. Untersucht werden Proben aus der Colombian-Caribbean Large Igneous Province (CCLIP) in Mittelamerika und der Karibik, die den Plume-Kopf repräsentiert, sowie aus der heutigen submarinen Hotspot-Spur, die dem Plume-Schwanz entspricht. Dieses Ziel soll durch den Einsatz neuartiger Mineraltrennverfahren und isotopengeochemischer Untersuchungen an Zirkonen erreicht werden. Dazu gehören Analysen von U-Pb, Hf, O und Seltenen Erden mittels SIMS und LA-ICP-MS. Darüber hinaus soll ein geochemischer Zusammenhang zwischen dem Galápagos-Hotspot und submarinen Seamount-Ketten einerseits sowie akkretieren ozeanischen Terranen in Mittelamerika und der Karibik andererseits hergestellt werden.
Abbildungsunterschrift: Wechselwirkungen zwischen Mantelplume und Lithosphäre. Vereinfachte schematische Darstellung eines aufsteigenden Mantelplumes (nicht maßstabsgetreu), der über dem Plume entstandenen Vulkaninseln sowie der zugehörigen Seamounts und einer an den Kontinent akkretieren Large Igneous Province (LIP). Ebenfalls dargestellt sind die möglichen Bildungs- bzw. Vorkommensorte von Zirkonkörnern in diesen Bereichen (1, 2 und 3). Zirkon 1 kristallisiert während der Lebensdauer eines Inselvulkans aus basaltischen Schmelzen und datiert dessen vulkanische Aktivität. Zirkon 2 kristallisiert in der Asthenosphäre und datiert den Zeitpunkt, zu dem der Plume-Kopf auf die Unterseite der Lithosphäre trifft, sowie nachfolgende magmatische Ereignisse. Zirkon 2 kann in einer unterhalb des Hotspots bestehenden Konvektionszelle transportiert werden, bis er in späteren Entwicklungsphasen von aufsteigenden Plume-Magmen aufgenommen und mit vulkanischen Produkten an die Oberfläche gebracht wird, wo ozeanische Inselvulkane entstehen. Zirkone ähnlichen Alters kommen auch in zugehörigen LIPs und Seamounts – erodierten ozeanischen Inselvulkanen – vor, die später an Kontinente akkretieren. Die Dynamik des Plumes verläuft zyklisch: Phasen langsamer und gleichmäßiger Aktivität werden von aktiveren Phasen unterbrochen. Dies führt zu diskontinuierlicher magmatischer Aktivität und zu sublithosphärischen Zirkulationsmustern, die weitgehend auf den obersten Bereich des asthenosphärischen Mantels beschränkt sind. Dadurch können frühe Plume-Zirkone unterhalb der driftenden Lithosphäre erhalten bleiben (Rojas-Agramonte et al., 2022). Zirkon 3 repräsentiert alte, ererbte Reliktzirkone, die im subkontinentalen lithosphärischen Mantel (SCLM) gespeichert sind und schließlich in die Asthenosphäre erodiert oder durch subduzierte detritische Sedimente in den Mantel eingebracht werden.
Projektpartner: Kaj Hoernle (GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel), Antonio García-Casco (Universität Granada), Axel Gerdes (Goethe-Universität Frankfurt, Deutschland), Elis Hoffmann (Freie Universität Berlin, Deutschland)