Mineral and geochemical characterization of a leptic aluandic soil and a thapto aluandic-ferralsol developed on trachytes in Mount Bambouto (Cameroon volcanic line)

Mineral and geochemical investigations were carried out on soil samples and fresh rock (trachytes) from two selected soil profiles (TM profile on leptic aluandic soils and TL profile on thapto aluandic-ferralsols) from Mount Bambouto to better understand geochemical processes and mineral paragenesis involved in the development of soils in this environment. In TM profile, the hydrated halloysites and goethite occur in the weathered saprolite boulders of BC horizon while dehydrated halloysite, gibbsite and goethite dominate the soils matrices of BC and A horizons. In TL profile, the dehydrated halloysites and goethite are the most abundant secondary minerals in the weathered saprolites of C and BC horizons while gibbsite, hematite and kaolinite occur in the soil matrices of BC, B and A horizons. The highest gibbsite content is in the platy nodules of B horizon. In both soil profiles, organo-metal complexes (most likely of AI and Fe) are present in the surface A horizon. Geochemically, between the fresh rock and the weathered saprolites in both soils, SiO2, K2O, CaO, Na2O and MgO contents decrease strongly while Fe2O3 and Al2O3 tend to accumulate. The molar ratio of SiO2/Al2O3 (Ki) and the sum of Ca, Mg, K and Na ions (TRB) also decreases abruptly between fresh rocks and the weathered saprolites, but increases significantly at the soil surface. The TM profile shows intense Al enrichment whereas the TL profile highlights enrichment in both AI and Fe as the weathering progresses upwards. Both soil profiles are enriched in Ni, Cu, Ba and Co and depleted in U, Th, Ta, Hf, Y, Sr, Pb, Zr and Zn relative to fresh rock. They also show a relatively low fractionation of the rare earth elements (REE: La, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb and Lu), except for Ce which tends to be enriched in soils compared to CI chondrite. All these results give evidence of intense hydrolysis at soil deep in Mount Bambouto resulting in the formation of halloysite which progressively transforms into gibbsite and/or dehydrated halloysite. At the soil surface, the prominent pedogenetic process refers to andosolization with formation of organo-metal complexes. In TL profile, the presence of kaolinite in soil matrices BC and B horizons is consistent with ferralitization at soil deep. In conclusion, soil forming processes in Mount Bambouto are strongly influenced by local climate: (i) in the upper mountain (>2000 m), the fresh, misty and humid climate favors andosolization; whereas (ii) in the middle lands (1700-2000 m) with a relatively dry climate, both andosolization at the soil surface and ferralitization at soil deep act together. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Post-collisional lamprophyric event in Sierra Norte, Cordoba, Argentina: Mineralogical, geochemical and isotopic characteristics

Over 20 lamprophyre dykes, varying in width between a few centimeters and several meters, have been identified in central Sierra Norte - Eastern Pampean Ranges, Cordoba, Argentina. Their mineralogy and chemistry indicate that they are part of the calc-alkaline lamprophyres clan (CAL). They contain phenocrysts of magnesiohomblende +/- augite set in a groundmass of magnesiohornblende, calcic-plagioclase, alkali feldspar, and opaque minerals, which designate them as spessartite-type lamprophyres. Alteration products include chlorite, calcite and iron oxides after malfic phenocrysts, though some are partially replaced by actinolite. Feldspars are replaced by carbonate and clay minerals. The dykes are relatively primitive, and show restricted major element variation (SiO(2) 51.1-55.3 wt.%, Al(2)O(3) 12-16.6 wt.%, total alkalies 1.5-4.7 wt.%), high Mg# (55-77), high Cr contents (27-988 ppm) and moderate to high Ni contents (60-190 ppm). Lamprophyre LILE (e.g. Rb averages 110 ppm, Sr 211-387 ppm, Ba 203-452 ppm) are high relative to HFSE (e.g., Ta 0.2-1.6 ppm, Nb 4-11 ppm, Y 17-21 ppm), and are enriched in LREE (30-70 times chondrite). They are characterized by relatively high (208)Pb/(204)Pb (38.8-39.9), (207)Pb/(204)Pb(similar to 15.7), and (206)Pb/(204)Pb (18.7-20.1), combined with low (epsilon)epsilon(Nd) (-4.69 to -1.52) and a relative moderately high ((87)Sr/(86)Sr)(i) of 0.7055-0.7074. The Rb-Sr whole rock isochron indicates an Early Ordovician age of 485 +/- 25 Ma. The calculated T(DM) (1.7 Ga) suggests that these rocks appear to have originated from a reservoir that was created during a mantle metasomatism event related to the Pampean orogeny. The Sierra Norte lamprophyres show affinities with a subduction-related magma in an active continental margin. Their geochemical and isotopic features suggest a multicomponent source, composed of enriched mantle material variably contaminated by crustal components. The lamprophyric suite emplacement occurred at the dawning stage of the Pampean orogeny, in a regional post-collisional extensional setting developed in the Sierra Norte-Ambargasta batholith (SNAB) in Early Ordovician times. (C) 2008 Published by Elsevier Ltd.

Major- and trace-element composition of olivine, perovskite, clinopyroxene, Cr-Fe-Ti oxides, phlogopite and host kamafugites and kimberlites, Alto Paranaiba, Brazil

An integrated whole-rock petrographic and geochemical study has been carried out on kamafugites and kimberlites of the Late Cretaceous Alto Paranaiba igneous province, in Brazil, and their main minerals, olivine, clinopyroxene, perovskite, phlogopite, spinels and ilmenite. Perovskite is by far the dominant repository for light lanthanides, Nb, Ta, Th and U, and occasionally other elements, reaching concentrations up to 3.4 x 10(4) chondrite values for light lanthanides and 105 chondrite for Th. A very strong fractionation between light and heavy lanthanides (chondrite-normalized La/Yb from similar to 175 to similar to 2000) is also observed. This is likely the first comprehensive dataset on natural perovskite. Clinopyroxene has variable trace-element contents. likely due to the different position of this phase in the crystallization sequence; Sc reaches values as high as 200 ppm whereas the lanthanides show very variable enrichment in light over heavy REE, and commonly show a negative Eu anomaly. The olivine, phlogopite (and tetra-ferriphlogopite), Cr-Ti oxide and ilmenite are substantially barren minerals for lanthanides and most other trace elements, with the exception of Ba, Cs and Rb in mica, and V, Nb and Ta in ilmenite. Estimated mineral/whole-rock partition coefficients for lanthanides in perovskite are similar to previous determinations, though much higher than those calculated in experiments with synthetic compositions, testifying once more to the complex behavior of these elements in a natural environment. The enormous potential for exploitation of lanthanides, Th, U and high-field-strength elements in the Brazilian kamafugites, kimberlites and related rocks is clearly shown.

Alkaline magmatism in the Amambay area, NE Paraguay: The Cerro Sarambi complex

The Early Cretaceous alkaline magmatism in the northeastern region of Paraguay (Amambay Province) is represented by stocks, plugs, dikes, and dike swarms emplaced into Carboniferous to Triassic-Jurassic sediments and Precambrian rocks. This magmatism is tectonically related to the Ponta Pora Arch, a NE-trending structural feature, and has the Cerro Sarambi and Cerro Chiriguelo carbonatite complexes as its most significant expressions. Other alkaline occurrences found in the area are the Cerro Guazu and the small bodies of Cerro Apua, Arroyo Gasory, Cerro Jhu, Cerro Tayay, and Cerro Teyu. The alkaline rocks comprise ultramafic-mafic, syenitic, and carbonatitic petrographic associations in addition to lithologies of variable composition and texture occurring as dikes; fenites are described in both carbonatite complexes. Alkali feldspar and clinopyroxene, ranging from diopside to aegirine, are the most abundant minerals, with feldspathoids (nepheline, analcime), biotite, and subordinate Ti-rich garnet; minor constituents are Fe-Ti oxides and cancrinite as the main alteration product from nepheline. Chemically, the Amambay silicate rocks are potassic to highly potassic and have miaskitic affinity, with the non-cumulate intrusive types concentrated mainly in the saturated to undersaturated areas in silica syenitic fields. Fine-grained rocks are also of syenitic affiliation or represent more mafic varieties. The carbonatitic rocks consist dominantly of calciocarbonatites. Variation diagrams plotting major and trace elements vs. SiO(2) concentration for the Cerro Sarambi rocks show positive correlations for Al(2)O(3), K(2)O, and Rb, and negative ones for TiO(2), MgO, Fe(2)O(3), CaO, P(2)O(5), and Sr, indicating that fractional crystallization played an important role in the formation of the complex. Incompatible elements normalized to primitive mantle display positive spikes for Rb, La, Pb, Sr, and Sm, and negative for Nb-Ta, P, and Ti, as these negative anomalies are considerably more pronounced in the carbonatites. Chondrite-normalized REE patterns point to the high concentration of these elements and to the strong LRE/HRE fractionation. The Amambay rocks are highly enriched in radiogenic Sr and have T(DM) model ages that vary from 1.6 to 1.1 Ga. suggesting a mantle source enriched in incompatible elements by metasomatic events in Paleo-Mesoproterozoic times. Data are consistent with the derivation of the Cerro Sarambi rocks from a parental magma of lamprophyric (minette) composition and suggest an origin by liquid immiscibility processes for the carbonatites. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Hydrothermal rare earth elements mineralization in the Barra do Itapirapua carbonatite, southern Brazil: behaviour of selected trace elements and stable isotopes (C, O)

The Bura do Itapira pua carbonatite is located in southern Brazil and belongs to the Cretaceous Ponta Grossa alkaline-carbonatitic province related to the opening of the South Atlantic. The carbonatite complex is emplaced in Proterozoic granites and is mainly composed of plutonic magnesio- to ferrocarbonatite, with smaller amounts of subvolcanic magnesiocarbonatite. Hydrothermal alteration of the carbonatite has led to the formation of quartz, apatite, fluorite, rue earth fluorocarbonates, barite and sulfides in variable proportions. Trace element data, delta(13)C and delta(18)O are presented here, with the aim of better understanding the geochemical nature of hydrothermal alteration related to rare earth elements (REE) mineralization. The non-overprinted plutonic carbonatite shows the lowest REE contents, and its primitive carbon and oxygen stable isotopic composition places it in the field of primary igneous carbonatites. Two types of hydrothermally overprinted plutonic carbonatites can be distinguished based on secondary minerals and geochemical composition. Type I contains mainly quartz, rare earth fluorocarbonates and apatite as hydrothermal secondary minerals, and has steep chondrite normalized REE patterns, with Sigma(REE+Y) of up to 3 wt.% (i.e., two orders of magnitude higher than in fresh plutonic samples). In contrast, the Type II overprint contains apatite, fluorite and barite as dominant hydrothermal minerals, and is characterized by heavy REE enrichment relative to the fresh samples, with flat chondrite normalized REE patterns. Carbon and oxygen stable isotope ratios of Types I and II are elevated (delta(18)O + 8 to + 12 parts per thousand; delta(13)C - 6 to - 2 parts per thousand) relative to the fresh samples. Hydrothermally overprinted carbonatites exposed to weathering show even higher delta(18)O values (delta(18)O 13 to 25 parts per thousand) but no additional REE enrichment. The subvolcanic carbonatite has anomalously high delta(13)C of up to + 1 parts per thousand, which suggests crustal contamination through interaction with carbonate-bearing metasediments. (C) 1999 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Metamorphism and PGE-Au content of chromitite from the Ipanema mafic/ultramafic Complex, Minas Gerais, Brazil

The Santa Cruz massif, which forms part of the Ipanema mafic/ultramafic Complex, Minas Gerais, Brazil, has an exposed upward sequence of metadunite, metaharzburgite (including three separate chromitite layers), metapyroxenite, metagabbro, and metaanorthosite. Primary igneous chromite grains in the main chromitite layer are poikiloblastic and tectonically fragmented, and have a narrow (10-20 mum) margin of chromian spinel. Cataclased chromite fragments are extensively replaced and mantled by chromian spinel; they have a composite margin comprised of an inner zone of more aluminous spinel and an euhedral outer zone of more Cr-rich spinel, representing granulite and amphibolite facies metamorphic events, respectively. The contents of platinum-group elements (PGE) and Au in chromite separates are relatively high (Os 45, Ir 23, Ru 136, Rh 19, Pt 98, Pd 63, and Au 83 ppb), and significantly enriched (similar to 4x) over whole rock values. Platinum-group minerals are not observed and micrometre-sized inclusions of sulfide minerals (chalcopyrite and pentlandite) in relict chromite are rare. However, comparison of mineral proportions in the separated chromite and whole rock shows that the precious metals are hosted predominantly in the relict igneous chromite grains, rather than the secondary chromian spinel and primary and secondary Mg-rich silicates. The major element composition and average chondrite-normalized PGE pattern of the separated chromite correspond to S-poor stratiform chromitite. We suggest that the precious metals accumulated with chromite during crystallization of a S-poor magma, and were not remobilized in the relict chromite during the subsequent high grade metamorphism.

O meteorito condrítico Saulo Gomes

This paper aims to present the results of petrographic and lithochemical studies obtained in one of the three artifacts, which fell on the farm Buritis in Buritizal County in August 1967, which were collected and stored until the present by reporter Saulo Gomes. The petrographic analysis showed that the artifact is composed by spherical and irregular chondrules with serial granulometry and size averaging around 1 mm and the largest reaching about 6 mm in diameter. The chondrules are made of olivine, ortho and clinopyroxene, crystallite glass, nickel iron alloy and troillite (kamacite and/or taenite/tetrataenite) and inter chondrules glassy material occurs in association with troillite, nickel and other alloy iron-based compounds. The lithochemical data show excellent correlation with the C chondrite, noting only small differences above or between them. The study made it possible to classify the artifact as type L3 and L4 ordinary chondrite.

Evolução petrogenética das rochas máficas / ultramáficas na área ao sul do craton São Francisco, entre as cidades de Fortaleza de Minas e Jacuí - MG

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

TUNGSTEN ISOTOPIC COMPOSITIONS IN STARDUST SiC GRAINS FROM THE MURCHISON METEORITE: CONSTRAINTS ON THE s-PROCESS IN THE Hf-Ta-W-Re-Os REGION

We report the first tungsten isotopic measurements in stardust silicon carbide (SiC) grains recovered from the Murchison carbonaceous chondrite. The isotopes (182,183,184,186)Wand (179,180)Hf were measured on both an aggregate (KJB fraction) and single stardust SiC grains (LS+ LU fraction) believed to have condensed in the outflows of low-mass carbon-rich asymptotic giant branch (AGB) stars with close-to-solar metallicity. The SiC aggregate shows small deviations from terrestrial (= solar) composition in the (182)W/(184)Wand (183)W/(184)Wratios, with deficits in (182)W and (183)W with respect to (184)W. The (186)W/(184)W ratio, however, shows no apparent deviation from the solar value. Tungsten isotopic measurements in single mainstream stardust SiC grains revealed lower than solar (182)W/(184)W, (183)W/(184)W, and (186)W/(184)W ratios. We have compared the SiC data with theoretical predictions of the evolution of W isotopic ratios in the envelopes of AGB stars. These ratios are affected by the slow neutron-capture process and match the SiC data regarding their (182)W/(184)W, (183)W/(184)W, and (179)Hf/(180)Hf isotopic compositions, although a small adjustment in the s-process production of (183)W is needed in order to have a better agreement between the SiC data and model predictions. The models cannot explain the (186)W/(184)W ratios observed in the SiC grains, even when the current (185)W neutron-capture cross section is increased by a factor of two. Further study is required to better assess how model uncertainties (e. g., the formation of the (13)C neutron source, the mass-loss law, the modeling of the third dredge-up, and the efficiency of the (22)Ne neutron source) may affect current s-process predictions.

The Banhado Alkaline Complex, Southeastern Brazil: source and evolution of potassic SiO2-undersaturated high-Ca and low-Ca magmatic series

The Cretaceous Banhado alkaline complex in southeastern Brazil presents two potassic SiO2-undersaturated series. The high-Ca magmatic series consist of initially fractionated olivine (Fo(92-91)) + diopside (Wo(48-43)En(49-35)Ae(0-7)), as evidenced by the presence of xenocrysts and xenoliths. In that sequence, diopside (Wo(47-38)En(46-37)Ae(0-8)) + phlogopite + apatite + perovskite (Prv(> 92)) crystallized to form the phlogopite melteigite and led to the Ca enrichment of the magma. Diopside (Wo(47-41)En(32-24) Ae(3-14)) continued to crystallize as an early mafic mineral, followed by nepheline (Ne(74.8-70.1)Ks(26.3-21.2)Qz(7.6-0.9)) and leucite (Lc(65-56)) and subsequently by melanite and potassic feldspar (Or(85-99)Ab(1-7)) to form melanite ijolites, wollastonite-melanite urtites and melanite-nepheline syenites. Melanite-pseudoleucite-nepheline syenites are interpreted to be a leucite accumulation. Melanite nephelinite dykes are believed to represent some of the magmatic differentiation steps. The low-Ca magmatic series is representative of a typical fractionation of aegirine-augite (Wo(36-29)En(25-4)Ae(39-18)) + alkali feldspar (Or(57-96)Ab(3-43)) + nepheline (Ne(76.5-69.0)Ks(19.9-14.4)Qz(15.1-7.7)) + titanite from phonolite magma. The evolution of this series from potassic nepheline syenites to sodic sodalite syenites and sodalitolites is attributed to an extensive fractionation of potassic feldspar, which led to an increase of the NaCl activity in the melt during the final stages forming sodalite-rich rocks. Phonolite dykes followed a similar evolutionary process and also registered some crustal assimilation. The mesocratic nepheline syenites showed interactions with phlogopite melteigites, such as compatible trace element enrichments and the presence of diopside xenocrysts, which were interpreted to be due to a mixing/mingling process of phonolite and nephelinite magmas. The geochemical data show higher TiO2 and P2O5 contents and lower SiO2 contents for the high-Ca series and different LILE evolution trends and REE chondrite-normalized patterns as compared to the low-Ca series. The Sr-87/Sr-86, Nd-143/Nd-144, Pb-206/Pb-204 and Pb-208/Pb-204 initial ratios for the high-Ca series (0.70407-0.70526, 0.51242-0.51251, 17.782-19.266 and 38.051-39.521, respectively) were slightly different from those of the low-Ca series (0.70542-0.70583, 0.51232-0.51240, 17.758-17.772 and 38.021-38.061, respectively). For both series, a CO2-rich potassic metasomatized lithospheric mantle enriched the source with rutile-bearing phlogopite clinopyroxenite veins. Kamafugite-like parental magma is attributed to the high-Ca series with major contributions from the melting of the veins. Potassic nephelinite-like parental magma is assigned to the low-Ca series, where the metasomatized wall-rock played a more significant role in the melting process.

Edelgase in Enstatit-Chondriten

Zusammenfassung - Die vorliegende Dissertation beschreibt die massenspektrometrische Bestimmung der Edelgaskonzentrationen und -isotopenverhältnisse von insgesamt 47 Enstatit-Chondriten (E-Chondriten). E-Chondrite bilden eine Meteoritengruppe, die sich durch einen hohen Reduktionsgrad auszeichnet. Es gibt Hinweise darauf, dass sie im inneren Bereich des Sonnensystems entstanden. Ihre chemischen und mineralogischen Eigenschaften können daher auch Aufschluss über die Genese der terrestrischen Planeten geben. Die Edelgasmessungen hatten im wesentlichen die Berechnung von Bestrahlungsaltern sowie die Untersuchung der getrappten Edelgaskomponenten zum Ziel. Die Bestrahlungsalter der E-Chondrite liegen zwischen 0.5 und 50 Millionen Jahren. Eine zweifelsfreie Aussage über Häufungen in der Altersverteilung, die auf große Impaktereignisse auf dem Mutterkörper hinweisen könnten, lässt sich aufgrund der relativ hohen Unsicherheit der Alter (20 Prozent) nicht treffen.Etwa 10 Prozent der E-Chondrite enthalten signifikante solare Gasanteile. Alle zählen zum nicht-equilibrierten petrologischen Typ 3.In der elementaren Zusammensetzung der getrappten schweren Edelgase fällt auf, dass EH3-Chondrite (H für high iron) vorrangig ein stärker fraktioniertes (planetares), relativ Ar-armes Edelgasmuster aufweisen, während alle übrigen Typen E4-6 von einer sog. subsolaren, relativ Ar-reichen Signatur dominiert werden. Diese Verteilung und Zusammensetzung lassen sich nicht ohne weiteres mit dem Modell zur Entstehung der petrologischen Typen durch Metamorphose, wie es für die gewöhnlichen Chondrite formuliert wurde, erklären.

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.

Ophiolites of the eastern Vardar Zone, N. Greece

In the present thesis, the geochemistry, petrology and geochronology of ophiolite complexes from central northern Greece were studied in detail in order to gain insights on the petrogenetic pathways and geodynamic processes that lead to their formation and evolution. The major- and trace-element content of minerals and whole rocks from all four ophiolite complexes was determined using high-precision analytical equipment. These results were then coupled with Nd and Sr isotopic measurements. In order to precisely place the evolution of these ophiolites in time, U-Pb geochronology on zircons was conducted using a SHRIMP-II. The data obtained suggest that the ophiolites studied invariably show typical characteristics of subduction-zone magmatism (e.g. negative Nb anomalies, Th enrichment). In N-MORB-normalised multielement profiles the high field-strength elements display patterns that vary from depleted to N-MORB-like. Chondrite-normalised rare-earth element (REE) profiles show flat heavy-REE patterns suggesting a shallow regime of source melting for all the ophiolites, well within the stability field of spinel lherzolite. The majority of the samples have light-REE depleted patterns. 87Sr/86Sr isotopic ratios range from 0.703184 to 0.715853 and are in cases influenced by alteration. The εNd values are positive (the majority of the mafic samples is typically 7.1-3.1) but lower than N-MORB and depleted mantle. With the exception of the Thessaloniki ophiolite that has uniform island-arc tholeiitic chemical characteristics, the rest of the ophiolites show dual chemistry consisting of rocks with minor subduction-zone characteristics that resemble chemically back-arc basin basalts (BABB) and rocks with more pronounced subduction-zone characteristics. Tectonomagmatic discrimination schemes classify the samples as island-arc tholeiites and back-arc basin basalts or N-MORB. Melting modelling carried out to evaluate source properties and degree of melting verifies the dual nature of the ophiolites. The samples that resemble back-arc basin basalts require very small degrees of melting (<10%) of fertile sources, whereas the rest of the samples require higher degrees (25-15%) of melting. As deduced from the present geochemical and petrological investigation, the ophiolites from Guevguely, Oraeokastro, Thessaloniki, and Chalkidiki represent relics of supra-subduction zone crust that formed in succeeding stages of island-arc rifting and back-arc spreading as well as in a fore arc setting. The geochronological results have provided precise determination of the timing of formation of these complexes. The age of the Guevguely ophiolite has been determined as 167±1.2 Ma, that of Thessaloniki as 169±1.4 Ma, that of Kassandra as 167±2.2 Ma and that of Sithonia as 160±1.2 Ma.

Strukturelle, chemische und isotopische Analysen nanoskaliger präsolarer und früher solarer Kondensate

Neben astronomischen Beobachtungen mittels boden- und satellitengestützer Instrumente existiert ein weiterer experimenteller Zugang zu astrophysikalischen Fragestellungen in Form einer Auswahl extraterrestrischen Materials, das für Laboruntersuchungen zur Verfügung steht. Hierzu zählen interplanetare Staubpartikel, Proben, die von Raumfahrzeugen zur Erde zurückgebracht wurden und primitive Meteorite. Von besonderem Interesse sind sog. primitive kohlige Chondrite, eine Klasse von Meteoriten, die seit ihrer Entstehung im frühen Sonnensystem kaum verändert wurden. Sie enthalten neben frühem solarem Material präsolare Minerale, die in Sternwinden von Supernovae und roten Riesensternen kondensiert sind und die Bildung unseres Sonnensystems weitgehend unverändert überstanden haben. Strukturelle, chemische und isotopische Analysen dieser Proben besitzen demnach eine große Relevanz für eine Vielzahl astrophysikalischer Forschungsgebiete. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Laboranalysen mittels modernster physikalischer Methoden an Bestandteilen primitiver Meteorite durchgeführt. Aufgrund der Vielfalt der zu untersuchenden Eigenschaften und der geringen Größen der analysierten Partikel zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern mussten hierbei hohe Anforderungen an Nachweiseffizienz und Ortsauflösung gestellt werden. Durch die Kombination verschiedener Methoden wurde ein neuer methodologischer Ansatz zur Analyse präsolarer Minerale (beispielsweise SiC) entwickelt. Aufgrund geringer Mengen verfügbaren Materials basiert dieses Konzept auf der parallelen nichtdestruktiven Vorcharakterisierung einer Vielzahl präsolarer Partikel im Hinblick auf ihren Gehalt diagnostischer Spurenelemente. Eine anschließende massenspektrometrische Untersuchung identifizierter Partikel mit hohen Konzentrationen interessanter Elemente ist in der Lage, Informationen zu nukleosynthetischen Bedingungen in ihren stellaren Quellen zu liefern. Weiterhin wurden Analysen meteoritischer Nanodiamanten durchgeführt, deren geringe Größen von wenigen Nanometern zu stark modifizierten Festkörpereigenschaften führen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine quantitative Beschreibung von Quanteneinschluss-Effekten entwickelt, wie sie in diesen größenverteilten Halbleiter-Nanopartikeln auftreten. Die abgeleiteten Ergebnisse besitzen Relevanz für nanotechnologische Forschungen. Den Kern der vorliegenden Arbeit bilden Untersuchungen an frühen solaren Partikeln, sog. refraktären Metall Nuggets (RMN). Mit Hilfe struktureller, chemischer und isotopischer Analysen, sowie dem Vergleich der Ergebnisse mit thermodynamischen Rechnungen, konnte zum ersten Mal ein direkter Nachweis von Kondensationsprozessen im frühen solaren Nebel erbracht werden. Die analysierten RMN gehören zu den ersten Festkörperkondensaten, die im frühen Sonnensystem gebildet wurden und scheinen seit ihrer Entstehung nicht durch sekundäre Prozesse verändert worden zu sein. Weiterhin konnte erstmals die Abkühlrate des Gases des lokalen solaren Nebels, in dem die ersten Kondensationsprozesse stattfanden, zu 0.5 K/Jahr bestimmt werden, wodurch ein detaillierter Blick in die thermodynamische Geschichte des frühen Sonnensystems möglich wird. Die extrahierten Parameter haben weitreichende Auswirkungen auf die Modelle der Entstehung erster solarer Festkörper, welche die Grundbausteine der Planetenbildung darstellen.

Extraktion und nanoanalytische Charakterisierung refraktärer Nanometallpartikel frühester solarer Materie und Synthese metallischer Nanopartikel aus dotierten Ca-Mg-Al-Si-Schmelzen

Primitive kohlige Chondrite sind Meteorite, die seit ihrer Entstehung im frühen Sonnensystem kaum verändert wurden und dadurch einen Einblick in Prozesse geben, die zur Bildung und Veränderung der ersten festen Materie führten. Solche Prozesse können anhand von Bruchstücken dieser Meteorite detailliert im Labor studiert werden, sodass Rückschlüsse auf die Entwicklung unseres Sonnensystems im frühen Stadium getroffen werden können. Ca-, Al-reiche Einschlüsse (CAIs) aus chondritischen Meteoriten sind die ersten Festkörper des Sonnensystems und enthalten viele refraktäre Metallnuggets (RMNs), welche hauptsächlich aus den Elementen Os, Ir, Ru, Mo und Pt bestehen. Nach weit verbreiteter Ansicht sind diese Nuggets wahrscheinlich im Gleichgewicht mit dem solaren Nebel kondensiert, bereits früher oder gleichzeitig mit Oxiden und Silikaten. Die exakten Mechanismen, die zu ihren heute beobachteten Eigenschaften führten, sind allerdings unklar. Um frühere Arbeiten fortzuführen, wurde eine hohe Anzahl RMNs in vier unterschiedlichen Typen von Meteoriten detailliert studiert, darunter solche aus dem nahezu unveränderten Acfer 094, Allende (CV3ox), Leoville (CV3red) und Murchison (CM2). Die RMNs wurden in-situ, assoziiert mit ihren Wirtsmineralen und auch in Säurerückständen gefunden, deren Präparationsprozedur in dieser Arbeit speziell für RMNs durch eine zusätzliche Dichtetrennung verbessert wurde.rnDie Ergebnisse decken eine Reihe von Ungereimtheiten zwischen den beobachteten RMN-Eigenschaften und einer Kondensationsherkunft auf, sowohl für Kondensation in solarer Umgebung, als auch für Kondensation aus Material von Supernovae oder roten Riesen, für die die Kondensationssequenzen refraktärer Metalle speziell für diesen Vergleich berechnet wurden. Stattdessen wurden in dieser Arbeit neue Einblicke in die RMN-Entstehung und die Entwicklung der ersten Festkörper (CAIs) durch eine Kombination aus experimentellen, isotopischen, strukturellen und petrologischen Studien an RMNs gewonnen. Viele der beobachteten Eigenschaften sind mit Ausfällung der RMN aus einer CAI-Schmelze vereinbar. Ein solches Szenario wird durch entsprechende Untersuchungen an synthetisch hergestellten, mit refraktären Metallen im Gleichgewicht stehenden CAI-Schmelzen bestätigt. Es folgt aus den Ergebnissen, dass die Mehrzahl der RMNs isotopisch solar ist und alle untersuchten RMNs innerhalb von CAIs bei rascher Abkühlung (um bis zu 1000 °C/40 sek.) einer CAI-Schmelze gebildet wurden. rn