Recycled crustal material in the geochemical record of Pacific ocean island basalts from Pitcairn, Hawaii and Rurutu

Die Isotopenzusammensetzungen des Pitcairn Hotspot (Südpazifik), des Mauna Kea (Hawaii) und der Insel Rurutu (Französisch Polynesien) wurden bestimmt, um Heterogenitäten im Erdmantel zu charakterisieren. Die Bleiisotopenzusammensetzung wurde mit einer Dreiisotopenspiketechnik zur Korrektur der instrumentellen Massenfraktionierung gemessen. An Proben von Pitcairn wurde zusätzlich die Os, Hf, Nd, Sr Isotopenzusammensetzung, sowie die Haupt- und Spurenelementzusammensetzung bestimmt. Die Isotopensignatur des Pitcairn Hotspots kann durch eine Sedimentkomponente in der Magmenquelle erklärt werden. Die Bleiisotopenschwankungen des Mauna Kea in der HSDP-2 Bohrung treten als Oszillationen auf, die sich zu linearen Anordnungen im Bleiisotopenraum zusammensetzen. Das begrenzte zeitliche Auftreten einer linearen Anordnung zeigt, daß die Heterogenitäten mehrere zehner Kilometer Länge im aufsteigenden Mantelmaterial unter dem Vulkan einnehmen. Auch die Bleiisotopenzusammensetzungen der Rurutu-laven zeigen lineare Anordnungen.Diese lineare Anordnungen im Bleiisotopenraum können durch eine vorwiegend binäre Mischung erklärt werden. Ein Bleiisotopenentwicklungsmodell unterstützt, daß die Differenzierung der Ausgangsmaterialien vor weniger als etwa zwei Milliarden Jahren geschah und für Mauna Kea relativ jung sein könnte. Keine der Hotspots weisen identische Mischungsendglieder auf, so daß die Heterogenitäten kleinräumige Merkmale im Erdmantel sind.

The isotopic compositions of the Pitcairn hotspot (South Pacific), Mauna Kea (Hawaii) and Rurutu were determined to characterize heterogeneities in the Earth's mantle. Lead isotopic compositions were analyzed using a triple spike technique for correction of instrumental mass fractionation. Samples from Pitcairn were also analyzed for Os, Hf, Nd, Sr isotopic compositions as well as major and trace element compositions.The isotopic signature of Pitcairn can be explained by a sediment component in the mantle source. The Pb isotope variations of Mauna Kea in the HSDP-2 drill hole occur as oscillations, which form linear arrays in Pb isotope space. The restricted temporal occurrence of a Pb isotope array shows that the mantle heterogeneities are tens of kilometers in size. Lead isotopic compositions of Rurutu lavas show linear arrays, as well.These linear arrays in Pb isotope space may be explained in terms of binary mixing. A Pb isotope evolution model shows that differentiation of the source materials occurred less than two billion years ago and could be relatively yound in the case of Mauna Kea. None of the hotspots show identical mixing end members, so that the mantle heterogeneities represent relatively small-scale features.