Berechnung der maximalen P-T-Bedingungen

Die Berechnung der maximalen P-T-Bedingungen, die der Kalskaret-Granat-Olivin-Websteritkörper erfahren hat, erfolgte unter Verwendung der gleichen Thermometer und des Al-in-Opx-Barometers, die bereits für die alpinen Granat-Peridotitkörper (AA, CdG) benutzt wurden. Für die Berechnungen wurden ausschließlich Analysen der Phasengeneration Ib benutzt. Da Opx Ib mit Cpx Ib hinsichtlich ihrer Ca-Verteilung nicht im Gleichgewicht zueinander stehen, ist die Anwendung der unterschiedlichen Kalibrierungen der 2-Pyroxen-Thermometer mit Vorbehalt zu sehen. Die berechneten P-T-Daten sind in Tabelle 14 aufgelistet und einzeln für die drei Proben K2, K4 und K5 in der Abbildung 73 dargestellt. Da bislang keine mössbauerspektroskopischen Untersuchungen an den Mineralphasen des Kalskaret-Websterits vorgenommen wurden, ist Fe_tot als Fe²⁺ angenommen worden. Die generell sehr niedrigen Mg#-Werte aller Mineralphasen vor allem im Olivin (81.0-84.7) deuten auf einen Fe-reichen Stoffbestand hin. Die benutzten Geothermobarometer wurden in einem Mg-Fe-reichen lherzolitischen System kalibriert. Es gibt bisher keine Angaben darüber, wie sich ein Fe-reicherer Stoffbestand auf die Resultate aus den Geothermobarometer-Kalibrierungen auswirkt.

Auch die durchgeführten P-T-Berechungen vorheriger Bearbeiter (Medaris, 1984; Medaris &

Carswell, 1990; Jamtveit et al., 1991) haben dieses mögliche Problem nicht näher behandelt. Es ist jedoch nicht zu erwarten, daß sich die Kalibrierungen in einem Fe-reicheren System mit Mg# ≈ 80 signifikant ändern würden (Brey pers. Mitt., 2000).

Obwohl Opx Ib mit Cpx Ib bezüglich der Ca-Verteilung nicht im Gleichgewicht sind, stimmen die Ergebnisse der 2-Pyroxen-Thermometer mit denen der Fe-Mg-Austauschthermometer innerhalb ihrer Fehlergrenzen in allen drei berechneten Proben überein. Diese Tatsache läßt jedoch nicht den Schluß zu, daß die auf der Ca-Verteilung beruhenden 2-Pyroxen-Kalibrierungen zur Temperaturermittlung herangezogen werden können. Vielmehr hat sich bei der P-T-Berechnung des AA-Peridotitkörpers gezeigt, daß sich die 2-Pyroxen-Thermometer bei bei einem existierenden Ungleichgewicht zu niedrigeren Temperaturen verschieben und

T_2px (BK 90)

600 700 800 900 1000 1100 1200

1

600 700 800 900 1000 1100 1200

1

600 700 800 900 1000 1100 1200

1

Abb. 73. P-T-Ergebnisse der Proben K2, K4 und K5 basierend auf Kernzusammensetzungen der Porphyroklasten. Jedes Thermometer ist mit seiner oberen und unteren 1σ-Grenze dargestellt. Die Fe-Mg-Austauschthermometer zwischen Grt Ib, Ol Ib, Opx Ib und Cpx Ib (O’Neill & Wood, 1979; Brey & Köhler, 1990; Krogh, 1988; Krogh Ravna, 2000) fallen in den gleichen P-T-Bereich wie die 2-Pyroxen-Thermometer (Brey & Köhler, 1990). Allerdings ist diese Übereinstimmung nur rein zufällig, da aufgrund des Ca-Ungleichgewichts die 2-Pyroxen-Thermometer nicht signifikante T-Werte ergeben.

Metamorphe Peakbedingungen wurden mit 840 ± 50 °C und 3.5 ± 0.4 GPa abgeschätzt.

einen Bereich von etwa 800 bis 850 °C bei 3 GPa abdecken. Dementsprechend drängt sich der Verdacht auf, daß im Fall des Kalskaret-Granat-Olivin-Websterits die 2-Pyroxen-Thermometer mit den Fe-Mg-Austauschthermometern nur zufällig übereinstimmen. Mehr Gewißheit über diese These wird die Spurenelementverteilung zwischen Opx Ib und Cpx Ib geben, die im nächsten Kapitel behandelt wird.

Die Kombinationen der verschiedenen Geothermobarometer zeigen eine Variation der P-T-Bedingungen von 763 ± 10 °C / 3.08 ± 0.24 GPa (Grt-Cpx/Al-in-Opx, Probe K2) bis 888 ± 19 °C / 4.08 ± 0.17 GPa (Opx/Al-in-Opx, Probe K4) auf (Tab. 14). Dabei liefern die Grt-Opx- (Brey & Köhler, 1990) und Grt-Ol-Thermometer (O’Neill & Wood, 1979) in Kombination mit dem Al-in-Opx-Barometer (Brey & Köhler, 1990) tendentiell höhere Temperaturen und Drucke (Tab. 14). Beide Grt-Cpx-Kalibrierungen (Krogh, 1988; Krogh Ravna, 2000) zeigen demgegenüber etwas zu niedrige Temperaturen und Drucke (Tab. 14). Die großen Schwankungen der P-T-Ergebnisse sind bereits von Jamtveit et al. (1991) beschrieben worden. Jedoch läßt sich bei seinen P-T-Berechnungen keine Systematik in den Unterschieden der verwendeten Geothermobarometer-Kombination erkennen. Allein die P-T-Ergebnisse basierend auf dem Grt-Ol-Thermometer (O’Neill & Wood, 1979) in Kombination mit dem Al-in-Opx-Barometer (Nickel & Green, 1985) liegen im Bereich von 802 °C / 3.3 GPa bis 949 °C / 4.1 GPa und lassen eine Differenz vom mehr als 150 °C und 0.8 GPa erkennen. Der Höhepunkt der Metamorphose des Kalskaret-Websterits wird anhand der Fe-Mg-Austauschthermometrie zwischen Grt Ib und Opx Ib, Cpx Ib und Ol Ib in Kombination mit dem Al-in-Opx-Barometer (Grt Ib, Opx Ib) auf 840 ± 50 °C und 3.5 ± 0.4 GPa abgeschätzt.

Der hohe Fe-Gehalt in den Kalskaret-Mineralphasen hat wahrscheinlich einen Einfluß auf die Resultate der Fe-Mg-Austauschthermometrie, weil durch den hohen Fe-Gehalt das Fe³⁺/Fe_tot -Verhältnis vermutlich hoher ausfällt verglichen mit den in dieser Studie ebenfalls bearbeiteten Mg-reichen alpinen Granat-Peridotiten. Dieser Verdacht wird gestützt durch die meist relativ niedrigen Oxidsummen und relativ hohen Kationensummen für Grt, Opx und Cpx (Tab. 13).

Eine grobe Abschätzung für die Ergebnisse der Fe-Mg-Thermometer unter Berücksichtigung eines wahrscheinlichen Fe³⁺/Fe_tot-Verhältnisses ergibt, daß die Abweichungen der Fe-Mg-Thermometrie im Kalskaret-Websterit im Vergleich zu den berechneten Abweichungen für den AA-Peridotit größer sind. Das bedeutet im Einzelfall eine positive Abweichung von > 40 °C für das Grt-Ol-Thermometer (O’Neill & Wood, 1979), > 30 °C für das Grt-Opx-Thermometer (Brey & Köhler, 1990) und eine negative Abweichung von > 50 °C für das Grt-Cpx-Barometer (Krogh, 1988; Krogh Ravna, 2000).

Die homogenen Ni-Gehalte in den Kernen der Grt Ib-Porphyroklasten und die für Mantel-Olivine typische Ni-Konzentration der Ol Ib-Körner von 3042 ppm stellen optimale Voraussetzungen für die Anwendung des Ni-in-Grt-Thermometers dar (Canil, 1994, 1999;

Ryan et al., 1996). Für das Grt Ib-Korn in Probe K4 (Abb. 69) ergeben sich bei einer

durchschnittlichen Ni-Konzentration von 29 ppm je nach Thermometer-Kalibrierung Temperaturen zwischen 877 und 965 °C (Tab. 14). In Probe K5 besitzen die Grt Ib-Kerne leicht erhöhte Ni-Konzentrationen von 32 ppm, woraus Temperaturen zwischen 902 und 980

°C je nach Kalibrierung resultieren (Tab. 14). Generell tendieren die Ni-in-Grt-Temperaturen verglichen mit den ermittelten P-T-Bedingungen basierend auf den Fe-Mg-Austauschthermometern zu leicht erhöhten Temperaturen, liegen aber im Bereich der von Jamtveit et al. (1991) berechneten P-T-Ergebnisse. Die Anwendungen der Kalibrierungen von McDade et al. (2000) ergeben für T_BK^Ni₉₀ 785 °C und für T_OW^Ni₇₉ 804 °C bei einem nominalen Druck von 3.5 GPa für den Grt Ib in Probe K4. Leicht höhere Temperaturen von 798 °C für T_BK^Ni₉₀ und 815 °C für T_OW^Ni₇₉ ergeben sich aus dem Grt Ib der Probe K5. Damit liegen die in dieser Studie ermittelten T-Werte der McDade et al. (2000) Kalibrierungen im unteren P-T-Bereich.

Der Ca-Cr-Test (Brenker & Brey, 1997) für die Kalskaret-Granate liefert höhere P-T-Bedingungen zwischen 1050 °C / 4.5 GPa und 1250 °C / 6.5 GPa (Abb. 74), die nicht durch die Fe-Mg-Austauschthermometrie (O’Neill & Wood, 1979; Krogh, 1988; Krogh Ravna, 2000; Brey & Köhler, 1990) in Kombination mit dem Al-in-Opx-Barometer (Brey & Köhler, 1990) reflektiert werden. Es hat sich empirisch gezeigt, daß Granate aus Granat-Peridotitkörpern, die aus alten Kratonen stammen, in einem Ca-Cr-Diagramm in einem Bereich,

Granate des

Abb. 74. Ca-Cr-Systematik nach Brenker & Brey (1997) für zwei unterschiedliche Grt Ib-Porphyroklasten aus dem Kalskaret-Granat-Websterit und berechnete Isolinien für unterschiedliche P-T-Bedingungen. Die Grt Ib-Körner fallen in einen wesentlich höheren P-T-Bereich, der nicht durch die Fe-Mg-Austauschthermometer in Kombination mit dem Al-in-Opx-Barometer widergespiegelt wird. Entweder zeigen die Grt Ib-Körner noch ein Hochdruck-/Hochtemperaturstadium an oder einem stark verarmten Harzburgit ist später Granat zugeführt worden und resultierte in der Bildung des Websterits. Im letzteren Fall spiegelt die Ca-Cr-Systematik keine realistischen P-T-Bedingungen wider.

der sich unterhalb ihrer eigentlichen Äquilibrierung befindet, zum Liegen kommen. Gemäß dem Ca/Cr-Test impliziert dies entscheidend zu hohe Drucke und Temperaturen. Leider wurde in der Literatur dieses Phänomen bisher lediglich beschrieben (Brey, 1990), Erklärungen sind nicht zu finden. Allerdings gibt es im Prinzip für die Ergebnisse der Ca-Cr-Systematik (Brenker & Brey, 1997) der Kalskaret-Granate nur zwei plausible Erklärungen. Entweder die Granate deuten auf ein vorangegangenes Hochdruck-/Hochtemperaturstadium, welches nicht mehr durch die konventionelle Geothermobarometrie (Fe-Mg-Thermometer/Al-in-Opx-Barometer) widergespiegelt wird, oder aber die Granate sind später durch Schmelzprozesse einem verarmten Harzburgit zugeführt worden. Die Granate wären in diesem Fall an Ca verarmt, so daß die Ca-Cr-Systematik (Brenker & Brey, 1997) unrealistisch hohe P-T-Bedingungen anzeigen würde.

Tab. 14. Druck [GPa]- und Temperatur [°C]-Berechnungen basierend auf Kernzusammen-setzungen der Mineralphasen des Kalskaret-Websteritkörpers für die Proben K2, K3 und K5.

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Geothermobarometer K2 K4 K5

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Grt Ib / Opx Ib Kern

T_Fe-Mg (BK 90) 842 ± 11 888 ± 19 848 ± 31

P_Al-Opx (BK 90) 3.56 ± 0.20 4.08 ± 0.17 3.78 ± 0.17

Grt Ib / Ol Ib Kern

T_Fe-Mg (OW 79) 846 ± 13 892 ± 17 836 ± 15

P_Al-Opx (BK 90) 3.67 ± 0.28 4.13 ± 0.17 3.63 ± 0.17

Grt Ib / Cpx Ib Kern

T_Fe-Mg (KR 00) 786 ± 14 810 ± 14 775 ± 12

P_Al-Opx (BK 90) 3.18 ± 0.18 3.49 ± 0.15 3.20 ± 0.16

T_Fe-Mg (K 88) 763 ± 10 788 ± 17 772 ± 11

P_Al-Opx (BK 90) 3.08 ± 0.24 3.29 ± 0.14 3.16 ± 0.16

Cpx Ib / Opx Ib Kern

T_2-Px (BK 90) 792 ± 23 803 ± 42 804 ± 17

P_Al-Opx (BK 90) 3.24 ± 0.28 3.41 ± 0.14 3.39 ± 0.17

T_Ca-Opx (BK 90) 850 ±7 816 ± 25 799 ± 28

P_Al-Opx (BK 90) 3.71 ± 0.19 3.52 ± 0.15 3.35 ± 0.16

Grt Ib / Ol Ib Kern (unabhängig von P)

T_Ni-Grt (C 99) keine Daten 947 ± 21 964 ± 23

T_Ni-Grt (R 96) keine Daten 877 ± 21 902 ± 23

T_Ni-Grt (C 94) keine Daten 965 ± 21 980 ± 23

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Fortsetzung auf der nächsten Seite.

Tab. 14. Fortsetzung.

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Geothermobarometer K2 K4 K5

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Cpx Ib / Opx Ib Kern, für 3.5 GPa

T_Co (SAL 99) keine Daten 1014 ± 47 1021 ± 38

T_Ni (SAL 99) keine Daten ~ 1000 ~ 980

T_Ti (SAL 99) keine Daten ~ 950 ~ 950

T_V (SAL 99) keine Daten 643 ± 15 644 ± 13

T_Sc (SAL 99) keine Daten 686 ± 13 677 ± 29

T_Cr (SAL 99) keine Daten 597 ± 66 567 ± 34

Cpx Ia / Grt Ib Kern, für 3.5 GPa

T_Fe-Mg (KR 00) keine Daten 814 ± 9 818 ± 9

790 ± 11

T_Fe-Mg (K 88) keine Daten 801 ± 8 808 ± 10

779 ± 10 Grt Ia im Cpx Ib Kern, für 3.5 GPa

T_Fe-Mg (KR 00) keine Daten 805 ± 7 769 ± 9

784 ± 11

T_Fe-Mg (K 88) keine Daten 790 ± 7 808 ± 10

773 ± 11 Ol Ia / Grt Ib Kern, für 3.5 GPa

T_Fe-Mg (OW 79) 773 ± 13 keine Daten 753 ± 12

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Drucke wurden anhand des Al-Gehaltes in Opx koexistierend mit Grt gerechnet (Brey & Köhler, 1990). Temperaturen wurden berechnet mittels (1) Fe-Mg-Austauschthermometer zwischen Grt und Ol (O'Neill & Wood, 1979), Grt und Opx (Brey & Köhler, 1990) und Grt und Cpx (Krogh, 1988; Krogh Ravna, 2000), (2) 2-Pyroxen-Thermometer basierend auf dem Enstatit-Diopsid-Solvus (Brey & Köhler, 1990) und der Ca-Löslichkeit in Opx koexistierend mit Cpx (Brey &

Köhler, 1990), (3) Ni-Verteilung zwischen Grt und Ol (Canil, 1994; Ryan et al., 1996; Canil, 1999) und (4) der Verteilung von Übergangsmetallen (Co, Ni, Ti, Cr, V, Sc) zwischen Opx und Cpx (Seitz et al., 1999).

4.3. Die Verteilung von Übergangsmetallen zwischen Orthopyroxen- und

Im Dokument Jens Paquin (Seite 154-159)