stabilizotóp-geokémiája A földköpeny stabilizotóp-geokémiája Demény Attila MTA CSFK Földtani és Geokémiai Intézet demeny@geochem.hu

Miért fontos?  a Föld köpenyének tulajdonságai, viselkedése. Áramlási és konvekciós rendszerek?  globális szénháztartási modellek fontos eleme a köpenyből feláramló CO2. Mennyiség? Izotópösszetétel?

Stabilizotóp-összetételek eredeti köpenyösszetétel változása mállás kigázosodás kéregasszimiláció nagy T kőzet-víz kölcsönhatás kigázosodás másodlagos folyamatok frakcionált kristályosodás d13C d18O ? forráskontamináció eredeti köpenyösszetétel

Boyd és Pillinger (1994)

Lehetséges magyarázat Geochim. Cosmochim. Acta, 68, 1635-1644 (2004) Lehetséges magyarázat Olvadék- fluidum- karbonát izotóp- frakcionáció Normál köpeny Köpenyheterogenitás

KÖPENY

C, O és S izotópos vizsgálata Karbonatitok C, O és S izotópos vizsgálata

Karbonatit  Több mint 50% karbonátot tartalmazó, köpenyeredetű magmás kőzet  Speciális nyomelemösszetétel (Sr, Ba, LREE) és izotóparányok jellemzik

üledékes kontamináció vagy nagy T frakcionáció tengervíz hatása d13C (VPDB) nagy T Keller és Hoefs (1995) köpenyheterogenitás Ol. Lengai primér karbonatitok Taylor et al. (1967) csapadék- víz hatása kis T átalakulás d18O (VSMOW)

The Mineralogical Society Series 10

Kola-félsziget Khibina Sokli Kovdor Sallanlatvi Turiy Mys Vuoriyarvi Tiksheozero

Sr-Nd isotope ratios DM- HIMU- EM mixing Nd(T) KCL Sr(T)

Double carbonate – A3B3(CO3)5 bästnesite, Sr,Ba-calcite, Carbonatites: mainly Devonian (360-380 Ma); except Tiksheozero: 1.9 Ga Economically important rocks Phoscorites: olivine-magnetite-apatite rock (Phalaborwa, Russell, 1954) REE-carbonatites Burbankite Double carbonate – A3B3(CO3)5 A= Na, Ca B = Sr, Ca, REE, Ba Pseudomorph ancylite, synchysite, bästnesite, Sr,Ba-calcite, strontianite, barite 3 cm

Questions Carbonatites • REE-carbonatites are primary or secondary ? • Sr-Nd isotope heterogeneitystable isotope variations ? Phoscorite-carbonatite relationship - independent magma? - liquid immiscibility? - differentiation, fractional crystallization?

Khibina - burbankites are primary - general 13C-18O-enrichment trend

Vuoriyarvi - burbankites are primary or high-T hydrothermal - phoscorites have higher d18O than carbonatites

Sokli - phoscorites fit the carbonatite trend - general 13C-18O-enrichment trend

asszimiláció átalakulás forráskontamináció

Sr - C isotope relationships - Turiy satellites: crustal contamination - negative d13C - 87Sr/86Sr correlation

Conclusions  the burbankite of Khibina and Vuoriyarvi is primary.  early carbonatites preserved primary mantle compositions.  general 13C-18O enrichment due to Raighleigh fractionation  primary carbonatites indicate important C isotope heterogeneity associated with Sr isotope variations. Possible explanations: - CO2 metasomatism - subducted oceanic crust - removal of a reduced and 12C-enriched phase

Kanári-szigetek

d13C (VPDB) N d18O (VSMOW) -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 4 6 8 10 Esquinzo P. de La Nao P. del P. Blanco N bazalttelérek d18O (VSMOW) d13C (VPDB) -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 4 6 8 10

zetek között  Független módszer az üledékasszi- miláció kimutatására Nagy d34S-különbség a magmás és üledékes kő- zetek között  Független módszer az üledékasszi- miláció kimutatására Szulfid- és szulfáttartalmú kar- bonatitok elkülönítése. Karbonatitok és bazaltok szulfid- és szulfát-tartalmának kénizotóparány-elemzése a szulfid/szulfát arány és a kénizotóp-össze- tételek területi elosz- lást mutatnak a d34S-d13C korreláció üledékes és magmás anyag keveredésével magyarázható É bazalt d34S (VCDT) d13C (VPDB)

d13C (VPDB) N d18O (VSMOW) -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 4 6 8 10 Esquinzo P. de La Nao P. del P. Blanco N bazalttelérek d18O (VSMOW) d13C (VPDB) -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 4 6 8 10 asszimiláció átalakulás

13C,18O,34S

A mecseki alkáli bazalt sorozathoz kapcsolódó karbonátképződmények stabilizotópos vizsgálata: magmás fluidumfejlődés és magma-üledék kölcsönhatás

Mecsek d13C (VPDB) d18O (VSMOW) 5 10 15 20 25 30 -20 -15 -10 -5 trachitok tefritek bazalttelérek kontaktus mészkövek d13C (VPDB) d18O (VSMOW) vastag lávafolyás karbonatitok

 asszimilált üledékes karbonát,  primér magmás karbonát 5 Különböző eredetű karbonát keveredése  asszimilált üledékes karbonát,  primér magmás karbonát  nagyon negatív d13C értékű karbonát mészkövek kontaktus primér karbonatitok trachitok d13C (VPDB) -5 -10 tefritek bazalttelérek -15 vastag lávafolyás -20 5 10 15 20 25 30 d18O (VSMOW) 10 15 20 25 30 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 d18O (VSMOW) d13C (VPDB) bazalttelérek lávafolyás A bazalttelérek átala- kulást nem mutató ocellumai és a láva- folyás mandulái jó d13C-d18O korrelációt mutatnak.

A negatív d13C eltolódás oka CO2 kigázosodás A pozitív d18O eltolódás korai kiválás A negatív d13C eltolódás oka CO2 kigázosodás d13C (VPDB) késői kiválás Szélesség x hosszúság 1 2 3 4 5 6 7 8 -5 10 15 20 800 600 400 300 200 100 o C (0) (0.02) (0.11) (0.3) (1) (CO /H O) 106/T2 d18Okalcit-d18Ofluidum A pozitív d18O eltolódás oka CO2 kigázosodáshoz kötődő CO2/H2O arányváltozás

Mecsek d13C (VPDB) d18O (VSMOW) izotópcsere átalakulás asszimiláció 5 10 15 20 25 30 -20 -15 -10 -5 d13C (VPDB) d18O (VSMOW) karbonatitok kigázosodás asszimiláció izotópcsere átalakulás