Interpretation der Zonierungsprofile

Da es sich bei den untersuchten Proben um Granat-Olivin-Websterite und eben nicht um Granat-Peridotite handelt, wird der Verdacht erweckt, daß die Proben ein Gemenge von Kumulaten aus basaltischer Schmelze und Peridotit repräsentieren, wie es auch schon von Carswell (1968) postuliert wurde. Die relativ hohe Variabilität der Kalskaret-Mineralphasen (Tab. 12) variiert innerhalb von Dünnschliffen einer gleicher Probe (Dünnschliffbereich ~ 2.54 cm). Jedoch ist die chemische Zusammensetzung der Kalskaret-Phasen im Dünnschliff selbst nahezu konstant. Die ausgedehnten Kernbereiche der Mineralphasen des Kalskaret-Websterits, die durch homogene Zusammensetzungen gekennzeichnet sind, lassen deutlich die gute lokale Äquilibrierung des Gesteins in chemischen Subsystemen (Dünnschliffbereich) erkennen.

Zonierungen sind in der Regel auf die äußersten Ränder der Mineralkörner beschränkt.

Allerdings sind abhängig von der Art der Schnittlage des gemessenen Korns Zonierungen nicht nur an den äußersten Rändern sichtbar. Allerdings beschränken sich diese Zonierungen auf einige wenige Beispiele.

Granat

Alle gemessenen Zonierungsprofile durch Grt Ib-Körner zeigen eine nach außen gerichtete Diffusion von Mg und eine nach innen gerichtete Diffusion von Fe (Abb. 69). Dieses Zonierungsmuster wurde bereits bei vielen untersuchten Granat-Peridotiten und Websteriten beschrieben und wird als anfängliche Äquilibrierung mit Ausbildung homogener Phasen unter erhöhten Temperaturen gefolgt von einer Abkühlung im Zuge der Exhumierung interpretiert (Medaris, 1984; Medaris & Wang, 1986; Carswell, 1986; Becker, 1997). Diese Interpretation wird durch die Abnahme der Konzentration an den äußersten Rändern bestätigt, da die Ni-Konzentration in Granat im Gleichgewicht mit Olivin eine Funktion der Temperatur ist (Griffin et al., 1989a, 1996; Griffin & Ryan, 1996; Ryan et al., 1996; Canil, 1994, 1996, 1999). Dabei nimmt die Ni-Konzentration im Granat mit der Temperatur zu und mit fallender Temperatur ab.

Da der Abfall der Ni-Konzentration nur in den äußersten 500 µm der Grt Ib-Körner zu beobachten ist (Abb. 69), kann dies als weiterer Hinweis für die gute lokale Äquilibrierung (Subsysteme) des Gesteinskörpers herangezogen werden. Die Abnahme der Mn-Konzentration an den Rändern ist ein weiteres Anzeichen für eine Abkühlung (Brey et al., 1990). Die unterschiedlichen Cr-Gehalte in den Grt Ib-Porphyroklasten resultieren wahrscheinlich aus unterschiedlichen effektiven Gesamtgesteinszusammensetzungen.

Die Zonierungsmuster der Grt Ia-Einschlüsse in den Cpx Ib-Porphyroklasten können ebenfalls durch eine Abkühlung erklärt werden. Sie verursachte eine nach außen gerichtete Diffusion von Mg und eine nach innen gerichtete Diffusion von Fe (Abb. 69). Die niedrigeren Mg#-Werte der Grt Ia-Körner im Vergleich zu den höheren Mg#-Werten der Grt Ib-Körner zeigen, daß die Mg#-Werte des Granats abhängig sind von der Korngröße und von dem verfügbaren Volumen des betreffenden Austauschpartners. In diesem günstigen Fall haben die Grt Ia-Einschlüsse diffusiv Fe und Mg mit Cpx Ib während der retrograden Überprägung austauschen können.

Die unterschiedlichen Mg-, Fe-, Mn-, Ti-, Sc- und Ni-Konzentrationen sind eine Funktion der Korngröße. Kleine Korngrößen begünstigen eine diffusiv gesteuerte retrograde Gleichgewichtseinstellung, da die auszutauschenden Stoffmengen im Vergleich zu größeren Körnern erheblich niedriger sind.

Olivin

Die chemische Homogenität der einzelnen Ol-Körner ist ein Hinweis auf die sehr effiziente Fe-Mg-Diffusion im Olivin (Ganguly & Tazzoli, 1994; Brenker & Brey, 1997). Dabei variiert die Zusammensetzung der homogenen Ol-Körner unabhängig von der Zugehörigkeit zur Generation unsystematisch. Besonders die im Olivin auftretenden Schwankungen sind ein Ausdruck für das Vorhandensein unterschiedlicher lokaler Subsysteme. Da diese lokal äquilibrierten Subsysteme nebeneinander im Dünnschliffbereich koexistieren, sich aber voneinander unterscheiden, befindet sich das Gesamtgesteinsystem noch nicht vollständig im Gleichgewicht. Im Prinzip reflektieren die lokal äquilibrierten Subsysteme die letzten eingefrorenen Momentaufnahmen auf dem Weg zur vollständigen Äquilibrierung des Gesamtgesteinssystems. Die Olivin-Zusammensetzung kann aber zur Bestimmung der maximalen P-T-Bedingungen herangezogen werden, weil der Mg#-Wert im lokalen Subsystem (Dünnschliffbereich) nahezu konstant ist.

Pyroxene

Da im Dünnschliff diese beiden Phasen (Opx und Cpx) niemals im Kontakt zueinander gefunden wurden, ist unbedingt zu überprüfen, ob sich bezüglich der Elementverteilungen zwischen Opx Ib- und Cpx Ib-Körnern ein Gleichgewicht eingestellt hat. Dies kann mit einem Ca-in-Opx gegen Ca-in-Cpx-Diagramm geschehen (vgl. AA-Kapitel 4.2. Interpretation der Zonierungsprofile). Ein solches Ca-Ca-Diagramm ist in Abbildung 72 dargestellt und zeigt, daß sich die Opx Ib- und Cpx Ib-Körner bezüglich ihres Ca-Gehaltes nicht im Gleichgewicht befinden. Dies kann nicht durch eine nächträgliche Änderung der chemischen Zusammensetzung der Cpx Ib-Porphyroklasten durch die Bildung der feinen Ilmenit-Entmischungen bedingt sein, da die Ilmenit-Entmischung nicht den Ca-Gehalt beeinflußt hat.

Jedoch können andere Elementkonzentrationen im Kernbereich sowohl von Opx Ib als auch von Cpx Ib zu geothermobarometrischen Berechnungen genutzt werden. Im Pyroxen besitzen die Elemente Fe und Mg relativ hohe Diffusivitäten (Ganguly & Tazzoli, 1994, Brenker &

Brey, 1997). Da Grt Ib mit Opx Ib, Cpx Ib sowie mit Ol Ib im Kontakt zueinander vorkommen, können die Fe-Mg-Austauschthermometer (Grt-Opx, Grt-Cpx, Grt-Ol) angewendet werden.

Darüber hinaus wird die Fe- und Mg-Verteilung in den Pyroxenen durch den relativ hohen Modalbestand an Olivin im Kalskaret-Websterit gepuffert, was eine Gleichgewichtseinstellung erleichtert. Die gleichen Argumente könnten auch für die Ni- und Co-Verteilung in den Pyroxen herangezogen werden. Es muß jedoch bedacht werden, daß sich bezüglich der Ni- und Co-Verteilung Subsysteme der Art Cpx Ib-Ol Ib (II) und Opx Ib-Ol Ib (II) ausgebildet haben könnten und somit die Verteilung zwischen Opx Ib und Cpx Ib nicht mehr allein von der Temperatur gesteuert worden wäre. Dies würde implizieren, daß die Ni- und Co-Verteilung zwischen Opx Ib und Cpx Ib keine zuverlässigen Angaben zur Temperatur geben könnten.

Eine Beurteilung dieses Sachverhaltes erfolgt im folgenden Abschnitt über die geothermobarometrischen Berechnungen.

Ca in Opx [Kat. pro FE] Ungleichgewicht

Gleichgewicht Cpx Ib - Opx Ib Kern-Paare Cpx Ib - Opx Ib Rand-Paare

Abb. 72. Ca-in-Opx Ib gegen Ca-in-Cpx Ib-Diagramm. Die schwarzen Linien mit den Nummern von 1 bis 6 (Druck in GPa) markieren Trends bezüglich der Ca-Verteilung zwischen Opx und Cpx basierend auf Experimenten im lherzolitischen System bei Temperaturen von 900 bis 1400 °C und Drucken von 1 bis 6 GPa (Brey et al., 1990). Die Opx Ib-Cpx Ib-Paare reflektieren Ungleichgewicht in ihrer Ca-Verteilung.

Die Abnahme der Al- und Na- und die Zunahme der Ca-Konzentration verbunden mit dem Anstieg des Mg#-Wertes vom Kern zum Rand in den Cpx Ib-Körnern deuten auf eine retrograde Signatur des Zonarbaues hin, die durch eine Abkühlung kontrolliert wird (Brey et al., 1990; Berchova, 1996). Auch deutet der Ti-Abfall an den Rändern auf eine Abkühlung hin.

So hat eine experimentelle Studie im CMAST- (CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-TiO₂) und CMST-System (CaO-MgO-SiO₂-TiO₂) ergeben, daß der Ti-Einbau in den Pyroxenen eine Funktion

von Druck und Temperatur ist (Sepp, 1998; Sepp & Kunzmann, 2001). Der Ti-Gehalt in Diopsid nimmt dabei mit fallender Temperatur und steigendem Druck ab. Der Na- und Al-Abfall an den Rändern kann allerdings auch durch das Instabilwerden des Cpx Ib begründet werden. Eine mögliche Net-Transfer-Reaktion wie z.B. Jadeit + 2 Diopsid + 1.5 Enstatit + H₂O = Edenit entzieht dem Cpx Ib zunehmend jadeitische Komponenten (NaAl) und führt zur Bildung von Amphibol. Allerdings konnte eine Bildung von sekundärem Amphibol entlang von Rändern der Cpx Ib-Körner nur an wenigen Stellen beobachtet werden. Ferner sind die neugebildeten Amphibole nicht größer als 20 bis 30 µm. Es erscheint daher sehr unwahrscheinlich, daß diese Net-Transfer-Reaktion den Al- und Na-Gehalt in den Cpx Ib-Körnern maßgeblich beeinflußt hat.

Die Zonierungsmuster der Cpx Ia-Einschlüsse wurden vorwiegend von der diffusiven retrograden Einstellung (Abkühlung) mit Grt Ib als Wirtsphase gesteuert. Dies wird besonders in den höheren Mg#-Werten der Cpx Ia-Körner verglichen zu denen der Cpx Ib-Körner deutlich. Interessanterweise zeigt die Al-Zonierung an den äußersten Rändern der Cpx Ia-Einschlüsse eine signifikante Zunahme. Dies könnte als Anzeichen für eine späte Druckentlastung angesehen werden, da die Al-Verteilung zwischen Grt und Cpx eine Funktion von Druck und Temperatur ist, so daß bei zunehmender Temperatur oder bei abnehmendem Druck der Al-Gehalt im Cpx ansteigt (Brey et al., 1990; Berchova, 1996). Falls die Ursache des Al-Anstieges in einer Aufheizung liegt, dann sollten die Mg#-Werte vom Kern zum Rand deutlich abnehmen. Dieses wird aber aus den Zonierungsdiagrammen (Abb. 71) nicht ersichtlich. Da die Cpx Ia-Körner direkt mit dem Grt Ib austauschen konnten, muß die späte Phase der Druckentlastung nicht in den Cpx Ib-Porphyroklasten dokumentiert sein.

Zusammenfassend bleibt festzuhalten, daß Cpx Ia sowie Cpx Ib vom Kern zum Rand Abkühlung widerspiegeln, gefolgt von einer möglichen Druckentlastung, die nur in den äußersten Randbereichen (< 20 µm) der Cpx Ia-Einschlüsse abzulesen ist.

Die Zonierungsmuster der Opx Ib und Opx II-Körner dokumentieren vom Kern zum Rand durch eine nach außen gerichtete Diffusion von Ca eine Abkühlung. Eine Druckentlastung wird sowohl in der Al-Zunahme als auch durch eine Abnahme der Mg#-Werte in den äußersten Randbereichen der Opx Ib-Körner angezeigt (Brey et al., 1990; Berchova, 1996). Zwar unterscheiden sich die Al-Zonierungsmuster der Opx Ib- und II-Körner von denen der Cpx Ia-und Ib-Körner, aber dies bedeutet nicht unweigerlich eine unterschiedliche P-T-Entwicklung der beiden Pyroxen-Typen. Die Al-Zonierungsmuster der Opx Ib und II-Körner sind nicht sehr deutlich ausgeprägt. Auffällig ist auch, daß die meisten Opx Ib-Körner im Durchschnitt viel kleinere Korngrößen aufweisen und durch Subkornbildung verglichen zu den Cpx Ib-Körnern charakterisiert sind. Die Al-Zunahme in den Opx Ib-Ib-Körnern ist auf die äußersten Randbereiche beschränkt, während der Al-Abfall in den Cpx Ib-Körnern wesentlich ausgeprägter ausgebildet ist und vom Kern aus betrachtet wesentlich früher einsetzt. Die

Subkornbildung innerhalb der Opx Ib-Körner kann eine schnellere Äquilibrierung der Ränder gewährleisten und äußert sich zudem in einem sehr schlecht definierten Zonierungsprofil für Al. Es ist daher möglich, daß infolge der Subkornbildung der Opx Ib-Körner diese wesentlich schneller auf die späte Druckentlastung reagiert haben, da durch neu geschaffene Wegsamkeiten entlang von Korngrenzen die Diffusion wesentlich schneller abläuft als im Korn selbst.