Datação por U-Pb em rutilos de rochas de metamorfismo de alta pressão do grupo Araxá na região de São Sebastião do Paraíso - MG

Although several studies of Araxá Group in the region of Passos, just a few works deal with the age of metamorphism of this group. The current work aims to determine the cooling age of these rocks by in situ U-Pb dating in rutiles. Interestingly, the region of São Sebastião do Paraíso shows a condensed lithostratigraphic column from the Passos Nappe and exposes the higher metamorphic grade rocks described for this unit. The use of rutile as a geochronometer is based on its ability to incorporate U in its structure, facilitating the calculation of the age of the isotope ratio by U-Pb. Furthermore, the use of in situ dating technique with Laser Ablation has been a reliable and advantageous study because the analysis are punctual, and do not destroy the whole sample to be analyzed. The analyses of this work were made at the University of Gothenburg - Sweden and obtained 238U/206Pb ages between 608-566 ± 10 Ma and 235U/207Pb between 627-572 ± 10 Ma, showing that these ages are concordant with the literature in the area and are interpreted as the cooling age of metamorphism

Distribuição e assinatura isotópica de Pb em sedimentos de fundo da Foz do Rio Guamá e da Baía do Guajará (Belém - Pará)

Lead analyses in bottom sediments from the hydrographic system of Belem (Para) indicated low contents of this metal for the sediments from the Guama river, with no significant anthropogenic contribution. A concentration of 18.1 ± 1.5 mg kg-1 and 206Pb/207Pb isotopic signature of 1.196 ± 0.002 are assigned for Pb from natural sources. On the other hand, the significant increase of Pb contents in the sediments from the Guajará bay, together with the decrease of 206Pb/207Pb ratios (1.172 < 206Pb/207Pb < 1.188) point to an anthropogenic lead contribution, originated by the industrial and urban activities of the city of Belem.

Eocene nappe tectonics and late Alpine extension in the Central Anatolide belt, western Turkey

Strukturgeologische Untersuchungen belegen, daß die Anatoliden der Westtürkei im Eozän durch die Plazierung der Kykladischen Blauschiefereinheit entlang einer durchbrechenden Überschiebung auf die Menderes-Decken unter grünschieferfaziellen Metamorphosebedingungen entstanden.Die kykladischen Blauschiefer in der Westtürkei enthalten Relikte eines prograden alpinen Gefüges (DA1), welches hochruckmetamorph von Disthen und Chloritoid poikiloblastisch überwachsen wurde. Dieses Mineralstadium dauerte noch während des Beginns des nachfolgenden Deformationsereignisses (DA2) an, welches durch NE-gerichtete Scherung und Dekompression charakterisiert ist. Die nachfolgende Deformation (DA3) war das erste Ereignis, das beide Einheiten, sowohl die kykladische Blauschifereinheit als auch die Menderes-Decken, gemeinsam erfaßte. Der Überschiebungskontakt zwischen der kykladischen Blauschiefereinheit und den Menderes-Decken ist eine DA3-Scherzone: die ‘Cycladic-Menderes Thrust’ (CMT). Entlang der CMT-Überschiebungsbahn wurden die kykladischen Blauschiefer gegen veschiedene Einheiten der MN plaziert. Die CMT steigt nach S zum strukturell Hangenden hin an und kann daher als eine durchbrechende Überschiebung entlang einer nach S ansteigenden Rampe betrachtet werden. In den kykladischen Blauschiefern überprägen DA3-Strukturen, die im Zusammenhang mit der CMT stehen, hochdruckmentamorphe Gefüge.In den Menderes-Decken, dem Liegenden der CMT, wird DA3 durch regional vebreitete Gefügeelemente dokumentiert, die im Zusammenhang mit S-gerichteten Schersinnindikatoren stehen. DA3-Gefüge haben die Decken intern deformiert und bilden jene Scherzonen, welche die Decken untereinander abgrenzen. In der Çine-Decke können granitische Gesteine in Orthogneise und Metagranite unterteilt werden. Die Deformationsgeschichte dieser Gesteine dokumentiert zwei Ereignisse. Ein frühes amphibolitfazielles Ereignis erfaßte nur die Orthogneise, in denen vorwiegend NE-SW orientierte Lineare und NE-gerichtete Schersinnindikatoren entstanden. Die jüngeren Metagranite wurden sowohl durch vereinzelte DA3-Scherzonen, als auch in einer großmaßstäblichen DA3-Scherzone am Südrand des Çine-Massivs deformiert. In DA3-Scherzonen sind die Lineare N-S orientiert und die zugehörigen Schersinnindikatoren zeigen S-gerichtete Scherung unter grünschieferfaziellen Bedingungen an. Diese grünschieferfaziellen Scherzonen überprägen die amphibolitfaziellen Gefüge in den Orthogneisen. Magmatische Zirkone aus einem Metagranit, der einen Orthogneiss mit Top-NE Gefügen durchschlägt, ergaben ein 207Pb/206Pb-Alter von 547,2±1,0 Ma. Dies deutet darauf hin, daß DPA proterozoischen Alters ist. Dies wird auch durch die Tatsache gestützt, daß triassische Granite in der Çine- und der Bozdag-Decke keine DPA-Gefüge zeigen. Die jüngeren Top-S-Gefüge sind wahrscheinlich zur gleichen Zeit entstanden wie die ältesten Gefüge der Bayindir-Decke.Das Fehlen von Hochdruck-Gefügen im Liegenden der CMT impliziert eine Exhumierung der kykladischen Blauschiefer von mehr ca. 35 km, bevor diese im Eozän auf die Menderes-Decken aufgeschoben wurden. Die substantiellen Unterschiede bezüglich in der tektonometamorphen Geschichte der kykladischen Blauschiefer und der Menderes-Decken widersprechen der Modellvorstellung eines lateral kontinuierlichen Orogengürtels, nach der die Menderes-Decken als östliche Fortsezung der kykladischen Blauschiefer angesehen werden.Die Analyse spröder spätalpiner Deformationsstrukturen und das regionale Muster mit Hilfe von Spaltspurdatierung modellierter Abkühlalter deuten darauf hin, daß die Struktur des Eozänen Deckenstapels durch miozäne bis rezente Kernkomplex-Bildung stark modifiziert wurde. Eine großmaßstäbliche Muldenstruktur im zentralen Teil der Anatoliden hat sich als Folge zweier symmetrisch angeordneter Detachment-Systeme von initial steilen zu heute flachen Orientierungen im Einflußbreich von ’Rolling Hinges’ gebildet. Die Detachment-Störungen begrenzen den ‘Central Menderes metamorphic core complex’ (CMCC). Das Muster der Apatit-Spaltspuralter belegt, daß die Bildung des CMCC im Miozän begann. Durch die Rück-Deformierung von parallel zur Foliation konstruierten Linien gleicher Abkühlalter kann gezeigt werden, daß die Aufwölbung im Liegenden der Detachments zur Entstehung der Muldenstruktur führte. Das hohe topographische Relief im Bereich des CMCC ist eine Folge der Detachment-Störungen, was darauf hindeutet daß der obere Mantel in den Prozeß mit einbezogen gewesen ist.

Oceanic crust and island arc formation in Central Asia during late Neoproterozoic times - evidence from petrological and geochemical studies

Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung des 570 Ma alten, neoproterozoischen Agardagh - Tes-Chem Ophioliths (ATCO) in Zentralasien. Dieser Ophiolith liegt südwestlich des Baikalsees (50.5° N, 95° E) und wurde im frühen Stadium der Akkretion des Zentralasiatischen Mobilgürtels auf den nordwestlichen Rand des Tuvinisch-Mongolischen Mikrokontinentes aufgeschoben. Bei dem Zentralasiatische Mobilgürtel handelt es sich um einen riesigen Akkretions-Subduktionskomplex, der heute das größte zusammenhängende Orogen der Erde darstellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden eine Reihe plutonischer und vulkanischer Gesteine, sowie verschiedene Mantelgesteine des ATCO mittels mikroanalytischer und geochemischer Verfahren untersucht (Elektronenstrahlmikrosonde, Ionenstrahlmikrosonde, Spurenelement- und Isotopengeochemie). Die Auswertung dieser Daten ermöglichte die Entwicklung eines geodynamisch-petrologischen Modells zur Entstehung des ATCO. Die vulkanischen Gesteine lassen sich aufgrund ihrer Spurenelement- und Isotopenzusammensetzung in inselbogenbezogene und back-arc Becken bezogene Gesteine (IA-Gesteine und BAB-Gesteine) unterscheiden. Darüber hinaus gibt es eine weitere, nicht eindeutig zuzuordnende Gruppe, die hauptsächlich mafische Gänge umfasst. Der grösste Teil der untersuchen Vulkanite gehört zur Gruppe der IA-Gesteine. Es handelt sich um Al-reiche Basalte und basaltische Andesite, welche aus einem evolvierten Stammmagma mit Mg# 0.60, Cr ~ 180 µg/g und Ni ~ 95 µg/g hauptsächlich durch Klinopyroxenfraktionierung entstanden sind. Das Stammmagma selbst entstand durch Fraktionierung von ca. 12 % Olivin und geringen Anteilen von Cr-Spinell aus einer primären, aus dem Mantel abgeleiteten Schmelze. Die IA-Gesteine haben hohe Konzentrationen an inkompatiblen Spurenelementen (leichte-(L)- Seltenerdelement-(SEE)-Konzentrationen etwa 100-fach chondritisch, chondrit-normierte (La/Yb)c von 14.6 - 5.1), negative Nb-Anomalien (Nb/La = 0.37 - 0.62) und niedrige Zr/Nb Verhältnisse (7 - 14) relativ zu den BAB-Gesteinen. Initiale eNd Werte liegen bei etwa +5.5, initiale Bleiisotopenverhältnisse sind: 206Pb/204Pb = 17.39 - 18.45, 207Pb/204Pb = 15.49 - 15.61, 208Pb/204Pb = 37.06 - 38.05. Die Anreicherung lithophiler inkompatibler Spurenelemente (LILE) in dieser Gruppe ist signifikant (Ba/La = 11 - 130) und zeigt den Einfluss subduzierter Komponenten an. Die BAB-Gesteine repräsentieren Schmelzen, die sehr wahrscheinlich aus der gleichen Mantelquelle wie die IA-Gesteine stammen, aber durch höhere Aufschmelzgrade (8 - 15 %) und ohne den Einfluss subduzierter Komponenten entstanden sind. Sie haben niedrigere Konzentrationen an inkompatiblen Spurenelementen, flache SEE-Muster ((La/Yb)c = 0.6 - 2.4) und höhere initiale eNd Werte zwischen +7.8 und +8.5. Nb Anomalien existieren nicht und Zr/Nb Verhältnisse sind hoch (21 - 48). Um die geochemische Entwicklung der vulkanischen Gesteine des ATCO zu erklären, sind mindestens drei Komponenten erforderlich: (1) eine angereicherte, ozeaninselbasalt-ähnliche Komponente mit hoher Nb Konzentration über ~ 30 µg/g, einem niedrigen Zr/Nb Verhältnis (ca. 6.5), einem niedrigen initialen eNd Wert (um 0), aber mit radiogenen 206Pb/204Pb-, 207Pb/204Pb- und 208Pb/204Pb-Verhältnissen; (2) eine N-MORB ähnliche back-arc Becken Komponente mit flachem SEE-Muster und einem hohen initialen eNd Wert von mindestens +8.5, und (3) eine Inselbogen-Komponente aus einer verarmten Mantelquelle, welche durch die abtauchende Platte geochemisch modifiziert wurde. Die geochemische Entstehung der ATCO Vulkanite lässt sich dann am besten durch eine Kombination aus Quellenkontamination, fraktionierte Kristallisation und Magmenmischung erklären. Geodynamisch gesehen entstand der ATCO sehr wahrscheinlich in einem intraozeanischen Inselbogen - back-arc System. Bei den untersuchten Plutoniten handelt es sich um ultramafische Kumulate (Wehrlite und Pyroxenite) sowie um gabbroische Plutonite (Olivin-Gabbros bis Diorite). Die geochemischen Charakteristika der mafischen Plutonite sind deutlich unterschiedlich zu denen der vulkanischen Gesteine, weshalb sie sehr wahrscheinlich ein späteres Entwicklungsstadium des ATCO repräsentieren. Die Spurenelement-Konzentrationen in den Klinopyroxenen der ultramafischen Kumulate sind extrem niedrig, mit etwa 0.1- bis 1-fach chondritischen SEE-Konzentrationen und mit deutlich LSEE-verarmten Mustern ((La/Yb)c = 0.27 - 0.52). Berechnete Gleichgewichtsschmelzen der ultramafischen Kumulate zeigen grosse Ähnlichkeit zu primären boninitischen Schmelzen. Die primären Magmen waren daher boninitischer Zusammensetzung und entstanden in dem durch vorausgegangene Schmelzprozesse stark verarmten Mantelkeil über einer Subduktionszone. Niedrige Spurenelement-Konzentrationen zeigen einen geringen Einfluss der abtauchenden Platte an. Die Spurenelement-Konzentrationen der Gabbros sind ebenfalls niedrig, mit etwa 0.5 - 10-fach chondritischen SEE-Konzentrationen und mit variablen SEE-Mustern ((La/Yb)c = 0.25 - 2.6). Analog zu den Vulkaniten der IA-Gruppe haben alle Gabbros eine negative Nb-Anomalie mit Nb/La = 0.01 - 0.31. Die initialen eNd Werte der Gabbros variieren zwischen +4.8 und +7.1, mit einem Mittelwert von +5.9, und sind damit identisch mit denen der IA-Vulkanite. Bei den untersuchten Mantelgesteinen handelt es sich um teilweise serpentinisierte Dunite und Harzburgite, die alle durch hohe Mg/Si- und niedrige Al/Si-Verhältnisse gekennzeichnet sind. Dies zeigt einen refraktären Charakter an und steht in guter Übereinstimmung mit den hohen Cr-Zahlen (Cr#) der Spinelle (bis zu Cr# = 0.83), auf deren Basis der Aufschmelzgrad der residuellen Mantelgesteine berechnet wurde. Dieser beträgt etwa 25 %. Die geochemische Zusammensetzung und die petrologischen Daten der Ultramafite und Gabbros lassen sich am besten erklären, wenn man für die Entstehung dieser Gesteine einen zweistufigen Prozess annimmt. In einer ersten Stufe entstanden die ultramafischen Kumulate unter hohem Druck in einer Magmenkammer an der Krustenbasis, hauptsächlich durch Klinopyroxen-Fraktionierung. Bei dieser Magmenkammer handelte es sich um ein offenes System, dem von unten laufend neue Schmelze zugeführt wurde, und aus dem im oberen Bereich evolviertere Schmelzen geringerer Dichte entwichen. Diese evolvierten Schmelzen stiegen in flachere krustale Bereiche auf und bildeten dort meist isolierte Intrusionskörper. Diese Intrusionskörper erstarrten ohne Magmen-Nachschub, weshalb petrographisch sehr unterschiedliche Gesteine entstehen konnten. Eine geochemische Modifikation der abkühlenden Schmelzen erfolgte allerdings durch die Assimilation von Nebengestein. Da innerhalb der Gabbros keine signifikante Variation der initalen eNd Werte existiert, handelte es sich bei dem assimilierten Material hauptsächlich um vulkanische Gesteine des ATCO und nicht um ältere, möglicherweise kontinentale Kruste.

The pre-alpine evolution of the basement of the Pelagonian Zone and the Vardar Zone, Greece

The Pelagonian Zone and the Vardar Zone in Greece represent the western part of the Hellenide hinterland (Internal Hellenides). While the Pelagonian Zone comprises predominantly crystalline basement and sedimentary cover rocks, the Vardar Zone has long been regarded as an ophiolite-decorated suture zone separating the Pelagonian Zone from the Serbo-Macedonian Massif to the east. Felsic basement rocks from both areas, with the main focus put on the Pelagonian Zone, were dated in order to identify the major crust-forming episodes and to improve the understanding of the evolutionary history of the region. The interpretation of the single-zircon geochronology results was aided by geochemical investigations. The majority of the basement rocks from the Pelagonian Zone yielded Permo-Carboniferous intrusion ages around 300 Ma, underlining the importance of this crust-forming event for the Internal Hellenides of Greece. Geochemically these basement rocks are classified as subduction-related granitoids, which formed in an active continental margin setting. An important result was the identification of a Precambrian crustal unit within the crystalline basement of the Pelagonian Zone. Orthogneisses from the NW Pelagonian Zone yielded Neoproterozoic ages of c. 700 Ma and are so far the oldest known rocks in Greece. These basement rocks, which are also similar to active margin granitoids, were interpreted as remnants of a terrane, the Florina Terrane, which can be correlated to a Pan-African or Cadomian arc. Since the gneisses contain inherited zircons of Middle to Late Proterozoic ages, the original location of the Florina Terrane was probably at the northwestern margin of Gondwana. In the Vardar Zone an important phase of Upper Jurassic felsic magmatism is documented by igneous formation ages ranging from 155 to 164 Ma. The chemical and isotopic composition of these rocks is also in accord with their formation in a volcanic-arc setting at an active continental margin. Older continental material incorporated in the Vardar Zone is documented by 319-Ma-old gneisses and by inherited zircons of mainly Middle Palaeozoic ages. The prevalence of subduction-related igneous rocks indicates that arc formation and accretion orogeny were the most important processes during the evolution of this part of the Internal Hellenides. The geochronological results demonstrate that most of the Pelagonian Zone and the Vardar Zone crystalline basement formed during distinct pre-Alpine episodes at c. 700, 300 and 160 Ma with a predominance of the Permo-Carboniferous magmatic phase.

Räumliche Verbreitung geogener Schwermetallgehalte in Böden des Taunus: Einfluss von periglazialer Deckschichtengenese

Während der Glazialphasen kam es in den europäischen Mittelgebirgen bedingt durch extensive solifluidale Massenbewegungen zur Bildung von Deckschichten. Diese Deckschichten repräsentieren eine Mischung verschiedener Substrate, wie anstehendes Ausgangsgestein, äolische Depositionen und lokale Erzgänge. Die räumliche Ausdehnung der Metallkontaminationen verursacht durch kleinräumige Erzgänge wird durch die periglaziale Solifluktion verstärkt. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war a) den Zusammenhang zwischen den Reliefeigenschaften und den Ausprägungen der solifluidalen Deckschichten und Böden aufzuklären, sowie b) mittels Spurenelementgehalte und Blei-Isotopen-Verhältnisse als Eingangsdaten für Mischungsmodelle die Beitrage der einzelnen Substrate zum Ausgangsmaterial der Bodenbildung zu identifizieren und quantifizieren und c) die räumliche Verteilung von Blei (Pb) in Deckschichten, die über Bleierzgänge gewandert sind, untersucht, die Transportweite des erzbürtigen Bleis berechnet und die kontrollierenden Faktoren der Transportweite bestimmt werden. Sechs Transekte im südöstlichen Rheinischen Schiefergebirge, einschließlich der durch periglaziale Solifluktion entwickelten Böden, wurden untersucht. Die bodenkundliche Geländeaufnahme erfolgte nach AG Boden (2005). O, A, B und C-Horizontproben wurden auf ihre Spurenelementgehalte und teilweise auf ihre 206Pb/207Pb-Isotopenverhältnisse analysiert. Die steuernden Faktoren der Verteilung und Eigenschaften periglazialer Deckschichten sind neben der Petrographie, Reliefeigenschaften wie Exposition, Hangneigung, Hangposition und Krümmung. Die Reliefanalyse zeigt geringmächtige Deckschichten in divergenten, konvexen Hangbereichen bei gleichzeitig hohem Skelettgehalt. In konvergent, konkaven Hangbereichen nimmt die Deckschichtenmächtigkeit deutlich zu, bei gleichzeitig zunehmendem Lösslehm- und abnehmendem Skelettgehalt. Abhängig von den Reliefeigenschaften und -positionen reichen die ausgeprägten Bodentypen von sauren Braunerden bis hin zu Pseudogley-Parabraunerden. Des Weiteren kommen holozäne Kolluvien in eher untypischen Reliefpositionen wie langgestreckten, kaum geneigten Hangbereichen oder Mittelhangbereichen vor. Außer für Pb bewegen sich die Spurenelementgehalte im Rahmen niedriger Hintergrundgehalte. Die Pb-Gehalte liegen zwischen 20-135 mg kg-1. Abnehmende Spurenelementgehalte und Isotopensignaturen (206Pb/207Pb-Isotopenverhältnisse) von Pb zeigen, dass nahezu kein Pb aus atmosphärischen Depositionen in die B-Horizonte verlagert wurde. Eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) der Spurenelementgehalte hat vier Hauptsubstratquellen der untersuchten B-Horizonte identifiziert (Tonschiefer, Löss, Laacher-See-Tephra [LST] und lokale Pb-Erzgänge). Mittels 3-Komponenten-Mischungsmodell, das Tonschiefer, Löss und LST einschloss, konnten, bis auf 10 Ausreißer, die Spurenelementgehalte aller 120 B-Horizontproben erklärt werden. Der Massenbeitrag des Pb-Erzes zur Substratmischung liegt bei <0,1%. Die räumliche Pb-Verteilung zeigt Bereiche lokaler Pb-Gehaltsmaxima hangaufwärtiger Pb-Erzgänge. Mittels eines 206Pb/207Pb-Isotopenverhältnis-Mischungsmodells konnten 14 Bereiche erhöhter lokaler Pb-Gehaltsmaxima ausgewiesen werden, die 76-100% erzbürtigen Bleis enthalten. Mit Hilfe eines Geographischen Informationssystems wurden die Transportweiten des erzbürtigen Bleis mit 30 bis 110 m bestimmt. Die steuerenden Faktoren der Transportweite sind dabei die Schluffkonzentration und die Vertikalkrümmung. Diese Untersuchung zeigt, dass Reliefeigenschaften und Reliefposition einen entscheidenden Einfluss auf die Ausprägung der Deckschichten und Böden im europäischen Mittelgebirgsbereich haben. Mischungsmodelle in Kombination mit Spurenelementanalysen und Isotopenverhältnissen stellen ein wichtiges Werkzeug zur Bestimmung der Beiträge der einzelnen Glieder in Bodensubstratmischungen dar. Außerdem können lokale Bleierzgänge die natürlichen Pb-Gehalte in Böden, entwickelt in periglazialen Deckschichten der letzten Vereisungsphase (Würm), bis über 100 m Entfernung erhöhen.

Mesoproterozoic Deposition, Regional Metamorphism and Deformation in North-Central New Mexico: Evidence from Metamorphic Monazite and Detrital Zircon Geochronology in the Picuris Mountains

Detrital zircon and metamorphic monazite ages from the Picuris Mountains, north central New Mexico, were used to confirm the depositional age of the Marquenas Formation, to document the depositional age of the Vadito Group, and to constrain the timing of metamorphism and deformation in the region. Detrital zircon 207Pb/206Pb ages were obtained with the LA-MC-ICPMS from quartzites collected from the type locality of the Marquenas Formation exposed at Cerro de las Marquenas, and from the lower Vadito Group in the southern and eastern Picuris Mountains. The Marquenas Formation sample yields 113 concordant ages including a Mesoproterozoic age population with four grains ca. 1470 Ga, a broad Paleoproterozoic age peak at 1695 Ma, and minor Archean age populations. Data confirm recent findings of Mesoproterozoic detrital zircons reported by Jones et al. (2011), and show that the Marquenas Formation is the youngest lithostratigraphic unit in the Picuris Mountains. Paleoproterozoic and Archean detrital grains in the Marquenas Formation are likely derived from local recycled Vadito Group rocks and ca. 1.75 Ga plutonic complexes, and ca. 1.46 detrital zircons were most likely derived from exposed Mesoproterozoic plutons south of the Picuris. Ninety-five concordant grains from each of two Vadito Group quartzites yield relatively identical unimodal Paleoproterozoic age distributions, with peaks at 1713-1707 Ma. Eastern exposures of quartzite mapped as Marquenas Formation yield detrital zircon age patterns and metamorphic mineral assemblages that are nearly identical to the Vadito Group. On this basis, I tentatively assigned the easternmost quartzite to the Vadito Group. Zircon grains in all samples show low U/Th ratios, welldeveloped concentric zoning, and no evidence of metamorphic overgrowth events, consistent with an igneous origin. North-directed paleocurrent indicators, such as tangential crossbeds (Soegaard & Eriksson, 1986) and other primary sedimentary structures, are preserved in the Marquenas Formation quartzite. Together with pebble-toboulder metaconglomerates in the Marquenas, these observations suggest that this formation was deposited in a braided alluvial plain environment in response to syntectonic uplift to the south of the Picuris Mountains. Metamorphic monazite from two Vadito Group quartzite samples were analyzed with an electron microprobe (EMP). Elemental compositional variation with respect to Th and Y define core and rim domains in monazite grains, and show lower concentrations of Th (1.46-1.52 wt%) and Y (0.67 wt%) in the cores, and higher concentrations of Th (1.98 wt%) and Y (1.06 wt%) in the rims. Results show that Mesoproterozoic core and rim ages from five grains overlap within uncertainty, ranging from 1395-1469 Ma with an average age of 1444 Ma. This 1.44 Ga average age is the dominant timing of metamorphic monazite growth in the region, and represents the timing of metamorphism experienced by the region. An older 1630 Ma core observed in sample CD10-12 may be interpreted as a result of low temperature metamorphism in lower Vadito Group rocks due to heat from ca. 1.65 Ga granitic intrusions. Core ages ca. 1.5 Ga are likely due to a mixing age of two different age domains during analyses. Confirmed sedimentation at 1.48-1.45 Ga and documented mid-crustal regional metamorphism in northern New Mexico ca. 1.44-1.40 are likely associated with a Mesoproterozoic orogenic event.

Petrogenesis of rift-related tephrites, phonolites and trachytes (Central European Volcanic Province, Rhon, FRG): Constraints from Sr, Nd, Pb and O isotopes

The volcanic rocks of the Rhön area (Central European Volcanic Province, Germany) belong to a moderately alkali basaltic suite that is associated with minor tephriphonolites, phonotephrites, tephrites, phonolites and trachytes. Based on isotope sytematics (87Sr/86Sr: 0.7033–0.7042; 143Nd/144Nd: 0.51279–0.51287; 206Pb/204Pb: 19.1–19.5), the inferred parental magmas formed by variable degrees of partial melting of a common asthenospheric mantle source (EAR: European Asthenospheric Reservoir of Cebriá and Wilson, 1995). Tephrites, tephriphonolites, phonotephrites, phonolites and trachytes show depletions and enrichments in some trace elements (Sr, Ba, Nb, Zr, Y) indicating that they were generated by broadly similar differentiation processes that were dominated by fractionation of olivine, clinopyroxene, amphibole, apatite and titaniferous magnetite ± plagioclase ± alkalifeldspar. The fractionated samples seem to have evolved by two distinct processes. One is characterized by pure fractional crystallization indicated by increasing Nb (and other incompatible trace element) concentrations at virtually constant 143Nd/144Nd ~ 0.51280 and 87Sr/86Sr ~ 0.7035. The other process involved an assimilation–fractional crystallization (AFC) process where moderate assimilation to crystallization rates produced evolved magmas characterized by higher Nb concentrations at slightly lower 143Nd/144Nd down to 0.51275. Literature data for some of the evolved rocks show more variable 87Sr/86Sr ranging from 0.7037 to 0.7089 at constant 143Nd/144Nd ~ 0.51280. These features may result from assimilation of upper crustal rocks by highly differentiated low-Sr (< 100 ppm Sr) lavas. However, based on the displacement of the differentiated rocks from this study towards lower 143Nd/144Nd ratios and modeled AFC processes in 143Nd/144Nd vs. 87Sr/86Sr and 207Pb/204Pb vs. 143Nd/144Nd space assimilation of lower crustal rocks seems more likely. The view that assimilation of lower crustal rocks played a role is confirmed by high-precision double-spike Pb isotope data that reveal higher 207Pb/204Pb ratios (15.62–15.63) in the differentiated rocks than in the primitive basanites (15.58–15.61). This is compatible with incorporation of radiogenic Pb from lower crustal xenoliths (207Pb/204Pb: 15.63–15.69) into the melt. However, 206Pb/204Pb ratios are similar for the differentiated rocks (19.13–19.35) and the primitive basanites (19.12–19.55) implying that assimilation involved an ancient crustal end member with a higher U/Pb ratio than the mantle source of the basanites. In addition, alteration-corrected δ18O values of the differentiated rocks range from c. 5 to 7‰ which is the same range as observed in the primitive alkaline rocks. This study confirms previous interpretations that highlighted the role of AFC processes in the evolution of alkaline volcanic rocks in the Rhön area of the Central European Volcanic Province.

Highly accurate isotope composition measurements by a miniature laser ablation mass spectrometer designed for in situ investigations on planetary surface

An experimental procedure for precise and accurate measurements of isotope abundances by a miniature laser ablation mass spectrometer for space research is described. The measurements were conducted on different untreated NIST standards and galena samples by applying pulsed UV laser radiation (266 nm, 3 ns and 20 Hz) for ablation, atomisation, and ionisation of the sample material. Mass spectra of released ions are measured by a reflectron-type time-of-flight mass analyser. A computer controlled performance optimiser was used to operate the system at maximum ion transmission and mass resolution. At optimal experimental conditions, the best relative accuracy and precision achieved for Pb isotope compositions are at the per mill level and were obtained in a range of applied laser irradiances and a defined number of accumulated spectra. A similar relative accuracy and precision was achieved in the study of Pb isotope compositions in terrestrial galena samples. The results for the galena samples are similar to those obtained with a thermal ionisation mass spectrometer (TIMS). The studies of the isotope composition of other elements yielded relative accuracy and precision at the per mill level too, with characteristic instrument parameters for each element. The relative accuracy and precision of the measurements is degrading with lower element/isotope concentration in a sample. For the elements with abundances below 100 ppm these values drop to the percent level. Depending on the isotopic abundances of Pb in minerals, 207Pb/206Pb ages with accuracy in the range of tens of millions of years can be achieved.

K-feldspar hygrochronology

The significance of the multi-isotopic record preserved in K-feldspars is assessed on samples from the Aar metagranite, Central Alps, Switzerland having very tight independent geological constraints. Stepwise leaching reveals that two diachronically grown K-feldspar generations coexist: Kfs-1 (≥ 35 Ma old, Ca-poor, Rb-Cl-rich, with low 87Sr/86Sr and high 206Pb/204Pb) and Kfs-2 (≤ 10 Ma old, antithetic isotopic signatures deriving from external fluids). Microtextures imaged by cathodoluminescence, backscattered electrons, and electron probe microanalysis are patchy and chemically heterogeneous, with pronounced enrichments in Ba in the retrogressed regions. This confirms the simultaneous presence of fluid-dominated retrogression and recrystallization and isotopic inheritance. The staircase-shaped 40Ar/39Ar age spectrum correlates with the Ca/K and Cl/K signatures. This reflects a mixture of heterochemical K-feldspar generations, and not an intracrystalline Ar gradient caused by diffusion. The shape of the age spectrum and the in vacuo release kinetics proceed from entirely different physical and geological phenomena. What K-feldspars can be effectively used for is to constrain the timing of the fluids that interacted with them by multi-isotopic analyses, rather than to model a “cooling history” from 39Ar release alone. The identification of multiple mineral generations by imaging combined with multi-isotopic analysis enables the accurate dating of the events of a multistage evolution after the initial crystallization of the rock in which the minerals occur.

Accumulation rates and predominant atmospheric sources of natural and anthropogenic Hg and Pb on the Faroe Islands

A monolith representing 5420 14C yr of peat accumulation was collected from a blanket bog at Myrarnar, Faroe Islands. The maximum Hg concentration (498 ng/g at a depth of 4.5 cm) coincides with the maximum concentration of anthropogenic Pb (111 μg/g). Age dating of recent peat accumulation using 210Pb (CRS model) shows that the maxima in Hg and Pb concentrations occur at AD 1954 ± 2. These results, combined with the isotopic composition of Pb in that sample (206Pb/207Pb = 1.1720 ± 0.0017), suggest that coal burning was the dominant source of both elements. From the onset of peat accumulation (ca. 4286 BC) until AD 1385, the ratios Hg/Br and Hg/Se were constant (2.2 ± 0.5 × 10-4 and 8.5 ± 1.8 × 10-3, respectively). Since then, Hg/Br and Hg/Se values have increased, also reaching their maxima in AD 1954. The age date of the maximum concentrations of anthropogenic Hg and Pb in the Faroe Islands is consistent with a previous study of peat cores from Greenland and Denmark (dated using the atmospheric bomb pulse curve of 14C), which showed maximum concentrations in AD 1953. The average rate of atmospheric Hg accumulation from 1520 BC to AD 1385 was 1.27 ± 0.38 μg/m2/yr. The Br and Se concentrations and the background Hg/Br and Hg/Se ratios were used to calculate the average rate of natural Hg accumulation for the same period, 1.32 ± 0.36 μg/m2/yr and 1.34 ± 0.29 μg/m2/yr, respectively. These fluxes are similar to the preanthropogenic rates obtained using peat cores from Switzerland, southern Greenland, southern Ontario, Canada, and the northeastern United States. Episodic volcanic emissions and the continual supply of marine aerosols to the Faroe Islands, therefore, have not contributed significantly to the Hg inventory or the Hg accumulation rates, relative to these other areas. The maximum rate of Hg accumulation was 34 μg/m2/yr. The greatest fluxes of anthropogenic Hg accumulation calculated using Br and Se, respectively, were 26 and 31 μg/m2/yr. The rate of atmospheric Hg accumulation in 1998 (16 μg/m2/yr) is comparable to the values recently obtained by atmospheric transport modeling for Denmark, the Faroe Islands, and Greenland.

Isotope ratios of basalts from ODP Leg 115 holes (Table 1)

Strontium, neodymium, and lead isotope ratios are reported for 13 Leg 115 basalts as well as 3 basalts from Texaco drill hole SM-1 on the Mascarene Plateau. The 87Sr/86Sr ratios and eNd range from 0.70330 to 0.70439 and 5.5 to 7.4, respectively, although 87Sr/86Sr ratios higher than 0.70383 are found only in SM-1 basalts. The high 87Sr/86Sr values are thought to reflect seawater Sr in secondary phases, although all samples were strongly leached in HC1 before analysis. 206Pb/204Pb ratios range from 18.53 to 18.80, and sho high 207Pb/204Pb and 208Pb/204Pb ratios relative to 206Pb/204Pb ratios, typical of Indian Ocean mid-ocean ridge (MORB) and oceanic-island basalts (OIB). Isotopic compositions of Leg 115 basalts generally fall between fields for MORB and Reunion Island basalts, consistent with the conclusion drawn from geochronological studies that Deccan flood basalt volcanism, the Chagos-Laccadive Ridge, and the Mascarene Plateau are all products of the Reunion mantle plume. Isotopic compositions of magmas produced by this plume have varied systematically with time in the direction of less "depleted," less MORB-like isotopic signatures. This compositional change has been accompanied by a decrease in eruption rate. We interpret Deccan volcanism as the voluminous beginning of the plume. Reduced entrainment of asthenosphere following melting of the plume head resulted in less MORB-like isotope ratios in magmas and a decrease in eruptive activity with time.

Geological and geochemical characteristics of the Tersang gold deposit, Malaysia: implications for genesis and gold exploration

The Central gold belt of peninsular Malaysia comprises a number of gold deposits located in the east of the N-S striking Bentong-Raub Suture Zone. The Tersang gold deposit is one of the gold deposits in the gold belt and hosted in sandstone, rhyolite and breccia units. The deposit has an inferred resource of 528,000 ounces of gold. The geochronology of the Tersang deposit has been newly constrained by LA ICP-MS U-Pb zircon dating. The maximum depositional age of the host sedimentary rocks ranges from Early Carboniferous to Early Permian (261.5 ± 4.9 Ma to 333.5 ± 2.5 Ma) for the host sandstone and Late Triassic for the rhyolite intrusion (218.8 ± 1.7 Ma). Textural characteristics of pyrite have revealed five types including (1) Euhedral to subhedral pyrite with internal fracturing and porous cores located in the sandstone layers (pyrite 1); (2) Anhedral pyrite overgrowths on pyrite 1 and disseminated in stage 1 vein (pyrite 2); (3) Fracture-filled or vein pyrite located in stages 1 and 2 vein (pyrite 3); (4) Euhedral pyrite with internal fractures also located in stage 2 vein (pyrite 4); and (5) Subhedral clean pyrite located in the rhyolite intrusion (pyrite 5). Based on pyrite mapping and spot analyses, two main stages of gold enrichment are documented from the Tersang gold deposit. Gold in sandstone-hosted pyrite 1 (mean 4.3 ppm) shows best correlation with Bi and Pb (as evidenced on pyrite maps). In addition, gold in pyrite 3 (mean 8 ppm) located in stage 2 vein shows a good correlation with As, Ag, Sb, Cu, Tl, and Pb. In terms of gold exploration, we suggest that elements such as As, Ag, Sb, Cu, Tl, Bi, and Pb associated with Au may serve as vectoring tools in gold exploration. Our new geological, structural, geochemical and isotopic data together with mineral paragenesis, pyrite chemistry and ore fluid characteristics indicate that the Tersang gold deposit is comparable to a sediment-hosted gold deposit. Our new genetic model suggests deposition of the Permo-Carboniferous sediments followed by intrusion of rhyolitic magma in the Late Triassic. At a later stage, gold mineralisation overprinted the rhyolite intrusion and the sandstone.

Zircons, isotope ratios and element analyses from tonalite and oxide gabbro of the mid-ocean ridge from ODP Hole 176-735B

A limiting factor in the accuracy and precision of U/Pb zircon dates is accurate correction for initial disequilibrium in the 238U and 235U decay chains. The longest-lived-and therefore most abundant-intermediate daughter product in the 235U isotopic decay chain is 231Pa (T1/2 = 32.71 ka), and the partitioning behavior of Pa in zircon is not well constrained. Here we report high-precision thermal ionization mass spectrometry (TIMS) U-Pb zircon data from two samples from Ocean Drilling Program (ODP) Hole 735B, which show evidence for incorporation of excess 231Pa during zircon crystallization. The most precise analyses from the two samples have consistent Th-corrected 206Pb/238U dates with weighted means of 11.9325 ± 0.0039 Ma (n = 9) and 11.920 ± 0.011 Ma (n = 4), but distinctly older 207Pb/235U dates that vary from 12.330 ± 0.048 Ma to 12.140 ± 0.044 Ma and 12.03 ± 0.24 to 12.40 ± 0.27 Ma, respectively. If the excess 207Pb is due to variable initial excess 231Pa, calculated initial (231Pa)/(235U) activity ratios for the two samples range from 5.6 ± 1.0 to 9.6 ± 1.1 and 3.5 ± 5.2 to 11.4 ± 5.8. The data from the more precisely dated sample yields estimated DPazircon/DUzircon from 2.2-3.8 and 5.6-9.6, assuming (231Pa)/(235U) of the melt equal to the global average of recently erupted mid-ocean ridge basaltic glasses or secular equilibrium, respectively. High precision ID-TIMS analyses from nine additional samples from Hole 735B and nearby Hole 1105A suggest similar partitioning. The lower range of DPazircon/DUzircon is consistent with ion microprobe measurements of 231Pa in zircons from Holocene and Pleistocene rhyolitic eruptions (Schmitt (2007; doi:10.2138/am.2007.2449) and Schmitt (2011; doi:10.1146/annurev-earth-040610-133330)). The data suggest that 231Pa is preferentially incorporated during zircon crystallization over a range of magmatic compositions, and excess initial 231Pa may be more common in zircons than acknowledged. The degree of initial disequilibrium in the 235U decay chain suggested by the data from this study, and other recent high precision datasets, leads to resolvable discordance in high precision dates of Cenozoic to Mesozoic zircons. Minor discordance in zircons of this age may therefore reflect initial excess 231Pa and does not require either inheritance or Pb loss.

Rb, Sr, Sm and Nd concentrations and isotopic composition of basalts from DSDP Leg 74 (Table 1)

Basement intersected in DSDP holes 525A, 528 and 527 on the Walvis Ridge consists of submarine basalt flows and pillows with minor intercalated sediments. These holes are situated on the crest and mid and lower northwest flank of a NNW-SSE-trending ridge block which would have closely paralleled the paleo mid-ocean ridge (Rabinowitz and LaBrecque, 1979 doi:10.1029/JB084iB11p05973, Moore et al. (1983 doi:10.1130/0016-7606(1983)94<907:TWRTDS>2.0.CO;2). The basalts were erupted approximately 70 m.y. ago, an age equivalent to that of immediately adjacent oceanic crust in the Angola Basin and coraistent with formation at the paleo mid-ocean ridge (Moore et al., 1983). The basalt types vary from aphyric quartz tholeiites on the ridge crest to highly plagioclase phyric olivine tholeiites on the ridge flank. These show systematic differences in incompatible trace element and isotopic composition. Many element and isotope ratio pairs form systematic trends with the ridge crest basalts at one end and the highly phyric ridge flank basalts at the other. The low 143Nd/144Nd (0.51238), 206Pb/204Pb (17.54), 207Pb/204Pb (15.47), 208Pb/204Pb (38.14) and high 87Sr/86Sr (0.70512) ratios of the ridge crest basalts suggest derivation from an old Nd/Sm-, Rb/Sr- and Pb/U-enriched mantle source. This isotopic signature is similar to that of alkaline basalts on Tristan da Cunha but offset to significantly lower Nd and Pb isotopic ratios. The isotopic ratio trends may be extrapolated beyond the ridge flank basalts with higher 143Nd/144Nd (0.51270), 206Pb/204Pb (18.32), 207Pb/204Pb (15.52), 208Pb/204Pb (38.77) and lower 87Sr/86Sr (0.70417) ratios in the direction of increasingly Nd/Sm-, Rb/Sr- and Pb/U-depleted source compositions. These isotopic correlations are equally consistent with mixing of depleted and enriched end member melts or partial melting of an inhomogeneous, variably enriched mantle source. However, observed Zr-Ba-Nb-Y interelement relationships are inconsistent with any simple two-component model of magma mixing, as might result from the rise of a lower mantle plume through the upper mantle. Incompatible element and Pb isotopic systematics also preclude extensive involvement of depleted (N-type) MORB material or its mantle sources. In our preferred petrogenetic model the Walvis Ridge basalts were derived by partial melting of mantle similar to an enriched (E-type) MORB source which had become heterogeneous on a small scale due to the introduction of small-volume melts and metasomatic fluids.