ROMINA PEETZ
A geochemical characterization of the lower part of the Miocene
shield-building lavas on Gran Canaria
Jorden består från centrum och utåt av kärna, mantel och en tunn skorpa. Skorpan och den
översta delen av manteln kallas litosfär. Litosfären består av ett antal plattor som rör sig i
förhållande till varandra. De flesta geologiska processer sker längs plattkanterna. En typ av
plattgränser utgörs av oceanryggar, t.ex. den Mittatlantiska ryggen. Här bildas kontinuerligt
ny jordskorpa på grund av frekventa vulkanutbrott på havsbotten. Litosfärsplattorna trycks
och dras utåt från ryggen för att efter en viss tid dras tillbaka ner i manteln. Detta sker vid en
annan typ av plattgräns, subduktionszoner. Dessa återfinns framför allt runt Stilla Havet och i
Indiska Oceanen omedelbart väster om Indonesien. I subduktionszonerna inträffar
vulkanutbrott och ofta kraftiga jordbävningar. Vid subduktionszonerna bildas vulkaniska
bergskedjor, ex. Anderna, eller öbågar, ex Kurilerna.
I mindre utsträckning förekommer geologisk aktivitet även på plattorna. Oceanöar är
med få undantag uppkomna på detta sätt. Från gränsen mellan jordmanteln och kärnan stiger
en tunn bergartssträng, en plym, uppåt. Den rör sig uppåt, eftersom att den är varmare och
därmed lättare än sin omgivning; detta sker i fast fas. Eftersom den temperatur, vid vilken
bergarter börjar smälta minskar med minskande tryck, kommer den uppåtgående plymen att
börja smälta, då den kommit tillräckligt högt upp. Denna smältprocess kan också involvera de
mer lokala mantelbergarterna. På detta sätt uppkommer de vulkaner som bildar oceanöar.
Gran Canaria är en typisk oceanö. Den ligger på den afrikanska plattan. Denna platta
rör sig obetydligt. Man får därför inte någon långsträckt serie av öar och havsberg, som
uppkommer då plattor rör sig över en nästan stillastående plym. De första bergarterna som
bildas på Gran Canaria är ungefär 15 miljoner år gamla. De består av basalt, som är en mörk
järn- och magnesiumrik vulkanisk bergart. På Gran Canaria är basalterna överlagrade av
relativt små mängder av ljusare vulkaniska bergarter, ryolit, trakyt och fonolit. Dessa ljusa
bergarter förekommer inte på alla oceanöar. Efter det att dessa bergarter bildats, inträffade ett
flera miljoner år långt uppehåll i den vulkaniska verksamheten. Intensiteten i vulkanismen
minskade successivt. De allra senaste utbrotten har inträffat för ungefär 3000 år sedan.
I detta arbete studeras de äldre basalterna. Proverna är tagna på sydvästra Gran Canaria,
i Barranco de Tasártico. En basalt är en vulkanisk bergart som består av en extremt finkornig
mellanmassa. I denna finns större, upp till ett par millimeter stora kristaller av tre mineral som
kallas klinopyroxen (svart), olivin (ljusgrön) och plagioklas (vit). Innan magman kommer ut
på ytan som lava, stannar den i en magmakammare. Det är i denna som de stora kristallerna
bildas. En del av dessa sjunker till botten i magmakammaren och en del följer med magman
upp till ytan. Eftersom kristallerna inte har samma sammansättning som smältan, kommer
smältans sammansättning att ändas då den förlorar en del av sina kristaller. I detta arbete visar
vi att till en början ändras magmans sammansättning genom att klinopyroxen och olivin
försvinner och senare i utvecklingen sker sammansättningsförändringen genom att även
plagioklas försvinner.
Sammansättningen på bergarterna tyder på att källbergarten inte kan ha bestått endast
av mantelbergart från den djupaste delen av manteln. Med källbergart menar man den bergart,
som smält för att bilda de ursprungliga magmorna. Även material, som återförts från
litosfären tillbaka till manteln, måste ha ingått i den källa, ur vilken basalterna på Gran
Canaria har bildats. Detta blir extra tydligt om man tar hänsyn till tidigare publicerade
isotopdata. Förhållandet mellan vissa spårelement blir också lättare att förklara om mer än en
källa har deltagit i processerna. Detta är inte ovanligt i oceanösammanhang. Med hjälp av
denna typ av studier lär vi oss att bättre förstå de mycket komplicerade förloppen då
oceanskorpa nybildas och litosfär återförs till manteln.
Handledare: Anders Lindh och Thomas Degen (Martin-Luther University Halle-Wittenberg)
Examensarbete 45 högskolepoäng (15 ECTS-poäng) i Geologi, Ht 2009. (Examensarbeten i Geologi
vid Lunds universitet – Berggrundsgeologi, nr. 252)
Avdelningen för Berggrundsgeologi, Geologiska institutionen, Centrum för GeoBiosfärsvetenskap,
Lunds universitet.
ROMINA PEETZ
A geochemical characterization of the lower part of the Miocene
shield-building lavas on Gran Canaria
Gran Canaria is a classical example of Atlantic plume-related magmatism. Its magmatic
history is rather long, 15 Ma. Therefore, it is well suited for a study. A comprehensive study
of the lower Miocene shield-building lavas is performed for this thesis. The samples come
from Barranco de Tasártico. The shield-building lavas range from picro-basalt to basalt and
basanite (SiO2=44.5-49.7 wt%; Na2O+K2O=2.3-4.6 wt%). MgO contents vary significantly
(5.1-16.0 wt%). The studied lavas are generally enriched in LILE and HFSE (e.g. Sr=358-664
ppm, Ba=114-251, Zr=199-377 ppm, Nb=29-57 ppm, Ta=1.8-3.5 ppm). The sampled rocks
have a high abundance of clinopyroxene, olivine and plagioclase phenocrysts. Clinopyroxene
phenocrysts range between augitic and diopsidic compositions. End-member calculations
suggest Tschermak substitution and aegirine in all analysed crystals. No jadeite component
could be identified. Olivine ranges between Fo79 and Fo88. Labradorite (An50 to An70) is the
most common plagioclase in the studied thin sections. The identified opaque phases are
ilmenite and chromium-spinel. Bivariate plots of the major elements versus MgO indicate two
different fractionation trends. At MgO contents >8 wt%, clinopyroxene and olivine control
the variation trends. After the onset of plagioclase fractionation at 8 wt% MgO, the trends are
controlled by clinopyroxene, olivine and plagioclase fractionation.
The strong enrichment in Nb and Ta ([Nb/La]n=1.1-1.4; [Ta/La]n=1.2-1.5) as well as
the depletion in K and Pb ([K/La]n=0.6-0.9; [Pb/La]n=0.1-0.5) are characteristic for mafic
HIMU-type magmas. The ratio La/Nb (0.72-0.88) plotted versus Ba/Nb (3.4-5.3) suggests
that the shield-building lavas from Gran Canaria could be generated by mixing of three
mantle components: HIMU, DMM and EM.
A relatively moderate enrichment in light over heavy REEs ([La/Lu]n=8.9-12.1)
suggests the exclusion of garnet as a significant residual phase in the source. Since no
negative Eu anomalies are disclosed, the effect of plagioclase fractionation is small. Obtained
Zr/Y ratios (9.7-11.8) argue against peridotite as the only source for the lavas. High Zr/Y
ratios are most easily explained by significant garnet among the residual phases, which is
inconsistent with the REE results. Garnet peridotite or eclogite as source rocks would result in
garnet among the residual phases. The high Zr/Y ratios are thus ambiguous. One possible
explanation is fractionation of Zr and Y at the time of, or prior to, formation of the source
material. The impact of clinopyroxene on the Zr/Y ratio could not be determined. This ratio
increases slowly with fractionation. There are no data allowing the most primitive ratio to be
determined. This together with low Ba/Nb (3.4-5.3) and high K/La (217-292) ratios suggests
that the derivation from a single source, containing varying proportions of garnet is not
possible. The general depletion in K, Rb and Ba displayed in the normalized multi-element
diagram suggests a derivation from recycled oceanic crust. Since earlier published
Nd
values (3.9-5.8) are higher than expected for undepleted OIB, a significant impact of depleted
lithosphere on the source material composition is proposed. Thus, the results imply the
derivation from a heterogeneous source. This source probably resembles recycled subducted
eclogitic oceanic crust (<2 Ga), which has been stirred into or reacted with ambient peridotitic
mantle.
Primary magmas formed within the garnet stability field. Previous investigators have
suggested that they are picritic and have formed at temperatures between 1500 and 1600°C at
3 GPa. After migration into magma reservoirs, fractional crystallization of clinopyroxene,
olivine and small amounts of plagioclase affected the magma composition. The crystallization
of the phenocryst phases occurred at high temperatures and low pressures. Calculated
temperatures, associated with large errors, indicate that olivine phenocrysts crystallized at
temperatures between 1172 and 1218°C.
Supervisor: Anders Lindh (Lund University) and Thomas Degen (Martin-Luther University HalleWittenberg)
Masters Degree project, 45 ECTS credits, in Geology – Lithosphere and Biosphere Sciences, fall term
2009. (Examensarbeten i Geologi vid Lunds Universitet – Berggrundsgeologi, no. 252).
GeoBiosphere Science Centre, Department of Geology, Lithosphere and Biosphere Sciences, Lund
University.
