Wehrlit

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Wehrlit ist ein relativ seltener, ultramafischer und ultrabasischer Plutonit (magmatisches Gestein), der zu den Peridotiten gerechnet wird.

Etymologie

Wehrlit wurde 1838 von Franz von Kobell nach Alois Wehrle benannt, welcher das Gestein erstmals mineralogisch untersucht hatte.[1][2]

Definition

Wehrlit ist überwiegend eine Mischung aus Olivin und Klinopyroxen.

Wehrlite enthalten modal zwischen 40 und 90 Volumenprozent Olivin. Ihr Klinopyroxengehalt schwankt zwischen 5 und 60, liegt aber meist um 30 bis 50 Volumenprozent. Orthopyroxen tritt untergeordnet auf und beträgt maximal 5 Volumenprozent.

Mineralbestand

Neben dem essentiellen Olivin führen Wehrlite meist Spinell (Chromspinell) und Klinopyroxen (Diopsid), wobei Spinell noch vor Klinopyroxen zusammen mit Olivin als primäre Kumulusphase auskristallisiert (jedoch nicht alle Wehrlite enthalten Spinell). Wehrlite sind im Wesentlichen Zweikomponentengesteine. Akzessorisch können hinzutreten:

Aus wehrlitischen Lagergängen sind Titanomagnetit und Titanit bekannt. Sporadisch können auch Karbonate, Apatit und Glas angetroffen werden.

Als Beispiel für den modalen Mineralbestand mögen Wehrlitknollen aus Marokko (7 Analysen) dienen:

  • Olivin: 62,5 Volumenprozent
  • Klinopyroxen: 24,5 Volumenprozent
  • Amphibol: 10 Volumenprozent
  • Spinel: 3 Volumenprozent
  • Orthopyroxen; Spuren

Serpentinisierung

Wehrlite liegen sehr oft serpentinisiert vor wie beispielsweise im Bay-of-Islands-Ophiolith in Neufundland.[3] Die Umwandlungsreaktion erfasst vorwiegend Olivin, Klinopyroxen bleibt großteils unverändert. Neugebildet werden hierbei mittels Wasserzufuhr die Minerale Chrysotil, Lizardit, Brucit und akzessorisch Magnetit, wodurch gleichzeitig das Gesteinsvolumen um ein Drittel zunimmt. Die vereinfachte Reaktionsgleichung lautet:

Je nach Eisengehalt des Olivins entsteht zusätzlich Magnetit.

Gefüge

Gefügeschliffbild von Wehrlit unter gekreuzten Nicols (Vergrößerung 2×, Sichtfeld = 7 mm)

Ursprünglich entstandene Gefüge in Wehrliten sind porphyroklastisch (mit Olivin-Porphyroklasten). Olivin kann später jedoch teilweise durch neukristallisierte Klinopyroxene, Amphibole und Spinelle ersetzt werden. Die neuentstandenen Gefüge sind relativ grob- und gleichkörnig und werden als Matrixaggregate (engl.: matrix assemblage) bezeichnet.

Wehrlitgefüge weisen nur selten deutliche Anzeichen für Deformations-Mikrostrukturen auf, sie zeugen vielmehr von rein statischer Rekristallisation und intensiver Korngrenzenwanderung (engl. grain boundary migration). Es entstehen so charakteristische Polygonalgefüge mit Korngrenzenwinkel um 120°. Die bevorzugte räumliche Ausrichtung (engl. crystal preferred orientation oder CPO) der Olivin- und Klinopyroxenkristalle ist daher meist auch nur schwach ausgeprägt. Konsequenterweise ist auch die seismische Anisotropie gering.

Chemische Zusammensetzung

Die chemische Zusammensetzung von Wehrliten sei anhand folgender Beispiele aus Alaska (insgesamt 5 Analysen), Madagaskar (Durchschnittswert von 9 Analysen), den Komoren (5 Analysen) und dem französischen Zentralmassiv veranschaulicht:[4]

Chemische Zusammensetzung von Wehrliten in Gew.%
Oxid Blashke Islands (3) Kane Peak Union Bay Madagaskar (9) Grande Comore Ray Pic
SiO2 39,67 42,40 39,00 42,22 42,74 42,47
TiO2 0,08 0,41 0,09 0,04
Al2O3 0,41 0,44 0,16 1,70 1,36 1,48
Fe2O3 11,51 tot 2,28 (10,89 tot) 4,84 (11,01 tot) 14,17 tot 8,81 tot
FeO 8,61 6,17 8,68 tot
MnO 0,10 0,19 0,20 0,22 0,17 0,13
MgO 44,40 38,05 41,70 32,74 43,38 43,22
CaO 0,99 5,63 2,34 5,83 2,21 3,09
Na2O 0,18 0,04 0,32 0,31
K2O 0,01 0,05 0,03
P2O5 0,01 0,01 0,04
H2O bzw. Glühverlust 9,54 1,69 5,37 2,67 1,01 0,23
Mg# 0,96 0,90 0,95 0,84 0,90 0,91

Vorkommen

Wehrlite entstehen in einer Tiefe von 25 bis 35 Kilometer in bzw. geringfügig oberhalb der MOHO-Transitionszone im Übergangsbereich vom Oberen Erdmantel zur Unterkruste (engl. crust-mantle transition zone, MOHO transition zone oder MTZ). Für im Subduktionskontext in Assoziation mit ozeanischer Kruste gebildete Wehrlite wird wegen ihres Wassergehaltes (sie sind Amphibol-führend) jedoch eine wesentlich geringere Tiefe von nur 6 bis 18 Kilometer in Betracht gezogen.[4]

Wehrlite werden meist in Ophiolithen angetroffen, die mit unterhalb von Inselbögen gelegenen Subduktionszonen assoziiert sind. So wird beispielsweise vermutet, dass die Basis von Inselbögen aus dicken Kumulatlagen von Amphibol-Wehrliten gebildet wird. Manche dieser Amphibol-Wehrlite sind möglicherweise auch metasomatischen Ursprungs.[5] Auch im Zusammenhang mit kontinentalen Flutbasalten treten Wehrlite auf. Vulkanisch können Wehrliteinschlüsse in Form von Bomben und Xenolithen ausgeworfen werden.

Eisenreiche Wehrlite sind weltweit verbreitet, Magnesium-betonte (mit Fo>90) kommen jedoch seltener vor.[6]

Alkalische Wehrlite haben im Bergland von Oman Lagergänge gebildet, welche in eine triassische Kontinentalrandfolge eindrangen und dann in der Oberkreide vom Samail-Ophiolith überfahren wurden.[7]

Für den Mantel des Mars wird ein granatführender Wehrlit angenommen.[8]

Extraterrestrischer Ursprung

Einige Meteoriten konnten als Wehrlit klassifiziert werden (so beispielsweise NWA 4797).[9]

Auftreten

Im ozeanischen Bereich sind Wehrlite meist lagig (als Wehrlitbänder) ausgebildet und gehen entlang der Mantel-Krusten-Übergangszone (MTZ) mit Duniten eine enge Assoziation ein. Etwas oberhalb der petrologischen MOHO bilden sie Intrusivkörper in den geschichteten Gabbros der Unterkruste. Aufgrund von Kriechbewegungen in der Unterkruste können die intrusiven Wehrlitkörper schließlich boudiniert und zerschert werden (sie liegen dann als Boudins, Scherlinsen und Phakoide vor).

Im kontinentalen Bereich werden Wehrlitbomben und -xenolithe durch explosiven Vulkanismus gelegentlich zu Tage gefördert. Die wesentlich komplexer aufgebauten kontinentalen Wehrlite vermitteln einen Einblick in die oft mehrstufige Evolution der jeweiligen kontinentalen Unterkruste, gekennzeichnet durch mehrmalige Schmelzvorgänge bzw. metasomatische Einwirkungen.

Auf die bereits erwähnten Lagergänge in Oman sei an dieser Stelle nochmals hingewiesen.

Entstehung durch Wehrlitisierung

Generell wird die Entstehung von Wehrliten anhand von hochtemperierten, magmatischen Schmelzen oder heißen Lösungen erklärt, die, ausgehend von der oberen Asthenosphäre die poröse und möglicherweise delaminierte, untere Lithosphäre durchqueren und dann innerhalb von refraktären Mantelperidotiten aufdringen, sie teilweise durchsickern und dadurch metasomatisch imprägnieren.[10]

Dieser Vorgang wird allgemein als Wehrlitisierung bezeichnet. Charakteristisch für diesen Prozess ist die reaktive Auflösung von Orthopyroxen in Mantelperidotiten unter Bildung von sekundärem Olivin und Klinopyroxen. Harzburgite und Lherzolithe werden so in Wehrlite umgewandelt. Als einfaches Beispiel sei folgende Reaktion angeführt, die durch eine karbonatitische (dolomitische) Schmelze bzw. heiße Lösung initiiert wurde:

Orthopyroxen + Dolomit => Olivin + Klinopyroxen + Kohlendioxid

Schreitet die Reaktion weiter voran, kommt es unter Absorbierung des Klinopyroxens schließlich zur vollständigen Dunitisierung des Mantelgesteins:

Klinopyroxen + Dolomit => Olivin + Kalzit + Kohlendioxid

Das Aufsteigen der Schmelzen bzw. heißen Lösungen kann in verschiedenen Dimensionen erfolgen:

  • als kanalisierter Porendurchfluss im Nanno-, Mikrometer- bis Submillimeterbereich
  • durch lithosphärische Adern im Millimeter-, Zentimeter- und Meterbereich
  • unter Herausbildung einer breitangelegten Perkolationsfront im Kilometerbereich.

Nachdem die Perkolationsfront Harzburgite und Lherzolithe durchwandert hat, bleiben so genannte Dunitkanäle von extrem refraktärer Natur zurück. Diese Kanäle werden von Wehrliten gesäumt, deren thermochemische Erosion jedoch wesentlich geringer ist als die der Dunite.

Da die durchdringenden Schmelzen bzw. heißen Flüssigkeiten ein breites chemisches Spektrum abdecken können (von alkalischen, an Kieselsäure-untersättigten bis hin zu karbonatischen Schmelzen sowie Kohlendioxid-haltigen, wässrigen, silikatischen Lösungen), besitzen daraus resultierende Wehrlite demzufolge auch eine recht variable Zusammensetzung. Für eisenreiche Wehrlite werden mittlerweile sogar mehrstufige metasomatische Einwirkungen zur Erklärung herangezogen.[11] Für magnesiumreiche Wehrlite wurden Natrium-führende Karbonatite verantwortlich gemacht, welche aus recht tiefen Mantelbereichen aufgestiegen waren und auf Spinellperidotite eingewirkt hatten.[12]

Zusätzlich werden aber auch noch andere Imprägnationsprozesse für die Entstehung von magnesiumreichen Wehrliten anvisiert:

Imprägnation

  • durch hochdifferenzierte, wässrige, Kohlendioxid-reiche silikatische Schmelzen, die sozusagen das Endprodukt nach ausgiebigem Durchströmen der Porenräume im umgebenden Mantelperidotit (Mantelkeil oberhalb von Subduktionszonen) darstellen.[13]
  • durch Karbonat-reiche Flüssigkeiten, die sich aufgrund ihrer Unmischbarkeit von residuellen, gashaltigen, silikatischen Schmelzen abgesondert hatten.[14]
  • durch silikatische Schmelzen mit niedrigem aSiO2, die durch ihr Aufzehren von Orthopyroxen ein Kristallisieren von Klinopyroxen-plus-Olivin-Aggregaten bewirkten.[15]

Ein Spezialfall ist die sekundäre Entstehung von Wehrlit aus Dunit (somit die Umkehrung der Dunitisierung), welche durch poikiloblastische Klinopyroxenkristalle, die korrodierte Olivine umschließen, indiziert wird. Die Neukristallisation von Klinopyroxen erfolgte hierbei auf Kosten der aufgezehrten Olivinkristalle des präexistenten Dunits.[16] Für diese Interpretation sprechen ferner reliktische Dunitinseln und -linsen im Wehrlit sowie dessen nahezu fehlende CPO. Der Auslöser dieser Umwandlung dürfte basaltisches Magma gewesen sein, das unter relativ niedrigem Druck den Dunit durchströmte und umkristallisierte – ersichtlich an der interstitiellen Natur der Klinopyroxene, ihrem hohen AlIV/AlVI-Verhältnis und ihrem sehr hohen TiO2-Gehalt.

Fundstellen

In alpinen Peridotiten (Orogenese-Kontext):

Generell in Ultramafiten:

In Ophioliten:

Im Subduktionskontext unter Inselbögen:

Im Intraplattenbereich:

In Lagergängen:

  • Oman - in Kontinentalrandsedimenten unterhalb des Samail-Ophioliths

Flutbasaltkontext:

In Vulkanbomben und Xenolithen:

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. ↑ Department of Mineralogy and Petrography. uni-miskolc.hu. Abgerufen am 12. Januar 2013.
  2. ↑ Kobell, F. von: Grundzüge der Mineralogie. Schrag, Nürnberg 1838, S. 348.
  3. ↑ Komor, S. C. u. a.: Serpentinization of cumulate ultramafic rocks from the North Arm Mountain massif of the Bay of Islands ophiolite. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. Band 49, Nr. 11, 1985, S. 2331–2338.
  4. ↑ a b Himmelberg, G. R. und Loney, R. A.: Characteristics and Petrogenesis of Alaskan-Type Ultramafic-Mafic Intrusions, Southeastern Alaska. In: U.S. Geological Survey professional paper: 1564. 1995.
  5. ↑ Médard, E. u. a.: Melting of Amphibole-bearing Wehrlites: an Experimental Study on the Origin of Ultra-calcic Nepheline-normative Melts`. In: Journal of Petrology. 47 Number 3, 2006, S. 481–504, doi:10.1093/petrology/egi083.
  6. ↑ Ionov, D. A., Chanefo, I. und Bodinier, J.-L.: Origin of Fe-rich lherzolites and wehrlites from Tok, SE Siberia by reactive melt percolation in refractory mantle peridotites. In: Contributions to Mineralogy and Petrology. Band 150, 2005, S. 335–353.
  7. ↑ Lippard, S. J.: Petrology of alkali wehrlite sills in the Oman Mountains. In: Mineralogical Magazine. Band 48, 1984, S. 13–20.
  8. ↑ Morgan, J. W. und Anders, E.: Chemical composition of Mars. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. Band 43, Nr. 10, 1979, S. 1601–1610.
  9. ↑ NWA 4797 (PDF; 603 kB) curator.jsc.nasa.gov. Abgerufen am 12. Januar 2013.
  10. ↑ Coltorti, M., Bonadiman, C., Hinton, R.W., Siena, F. und Upton, B. G. J.: Carbonatite metasomatism of the oceanic upper mantle: evidence from clinopyroxenes and glasses in ultramafic xenoliths of Grande Comore, Indian Ocean. In: Journal of Petrology. Band 40, 1999, S. 133–165.
  11. ↑ Xu, Y. u. a.: K-rich glass-bearing wehrlite xenoliths from Yitong, Northeastern China: petrological and chemical evidence for mantle metasomatism. In: Contributions to Mineralogy and Petrology. Band 125, 1996, S. 406–420.
  12. ↑ Yaxley, G. M., Crawford, A. J. und Green, D. H.: Evidence for carbonatite metasomatism in spinel peridotite xenoliths from western Victoria, Australia. In: Earth and Planetary Science Letters. Band 107, 1991, S. 305–317.
  13. ↑ Laurora, A. u. a.: Metasomatism and melting in carbonated peridotite xenoliths from mantle wedge: The Gobernador Gregores case (Southern Patagonia). In: Journal of Petrology. Band 42, 2001, S. 69–87.
  14. ↑ Zanetti, A., Mazzucchelli, M., Rivalenti, G. und Vannucci, R.: The Finero phlogopite-peridotite massif: an example of subduction-related metasomatism. In: Contributions to Mineralogy and Petrology. Band 134, 1999, S. 107–122.
  15. ↑ Zinngrebe, E. und Foley, S. F.: Metasomatism in mantle xenoliths from Gees, West Eifel, Germany: evidence from genesis of calcalkaline glasses and metasomatic Ca-enrichment. In: Contributions to Mineralogy and Petrology. Band 122, 1995, S. 79–96.
  16. ↑ Tommasi, A. u. a.: Seismic anisotropy and compositionally induced velocity anomalies in the lithosphere above mantle plumes: a petrological and microstructural study of mantle xenoliths from French Polynesia. In: Earth and Planetary Science Letters. Band 227, 2004, S. 539–556.
  17. ↑ Piccardo, G. B., Zanetti, A. und Müntener, O.: Melt/peridotite interaction in the Southern Lanzo peridotite: field, textural and geochemical evidence. In: Lithos. Band 94, 2007, S. 181–209.
  18. ↑ Clénet, H. u. a.: Thick sections of layered ultramafic cumulates in the Oman ophiolite revealed by an airborne hyperspectral survey: Petrogenesis and relationship to mantle diapirism. In: Lithos. Band 114, 2010, S. 265–281.
  19. ↑ Takazawa, E. u. a.: Geochemical evidence for melt migration and reaction in the upper mantle. In: Nature. Band 359, 1992, S. 55–58.
  20. ↑ Aoki, K. I.: Petrology of mafic inclusions from Ichino-Megata, Japan. In: Contributions to Mineralogy and Petrology. Band 30, 1971, S. 314–331.
  21. ↑ Richard, M.: Géologie et petrologie d’un jalon de l’arc Taïwan–Luzon: l’île de Batan (Philippines). Doktorarbeit an der Université de Bretagne Occidentale. Brest 1986, S. 351.
  22. ↑ Stremmel, K.: Geologie und Petrologie der mafischen Plutone im Trinity Ophiolith, Kalifornien (USA). Inaugural-Dissertation an der Universität Köln. 2012, S. 412.
  23. ↑ O’Reilly, S. Y. und Griffin, W. L.: Mantle metasomatism beneath western Victoria, Australia: I. Metasomatic processes in Cr-diopside lherzolites. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. Band 52, 1988, S. 433–447.
  24. ↑ Melluso, L. u. a.: Geochronology and Petrogenesis of the Cretaceous Antampombato–Ambatovy Complex and Associated Dyke Swarm, Madagascar. In: Journal of Petrology. 46 Number 10, 2005, S. 1963–1996, doi:10.1093/petrology/egi044.
  25. ↑ Zangana, N. A. u. a.: Geochemical variation in peridotite xenoliths and their constituent clinopyroxenes from Ray Pic, French Massif Central: implications for the composition of the shallow lithospheric mantle. In: Chemical Geology. Band 153, 1999, S. 11–35.
  26. ↑ Raffone, N. u. a.: Metasomatism in the Lithospheric Mantle beneath Middle Atlas (Morocco) and the Origin of Fe- and Mg-rich Wehrlites. In: Journal of Petrology. 50 Number 2, 2009, S. 197–249, doi:10.1093/petrology/egn069.
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