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Entwicklung und Anwendung eines Computerprogrammes zur numerischen Modellierung von Diffusionsprofilen in Mineralkörnern

Olker, Bettina

English Title: Development and application of a computer program for the numerical modelling of diffusion profiles in mineral grains

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Abstract

Zur Durchführung von numerischen Diffusionsmodellierungen wurde ein neues Modell entwickelt. Dieses beruht auf dem Crank-Nicolson-Algorithmus und simuliert die dreidimensionale isotrope Diffusion beliebiger Elemente in einem kugelförmigen Mineral. Für die Anwendung wurden drei lithologisch unterschiedliche Probensuiten aus verschiedenen tektonischen Szenarien ausgewählt. Die granatpyroxenitischen und -websteritischen Xenolithe des Marsabit-Schildvulkans dokumentieren eine dreiphasige thermobarische Entwicklung. Die seit dem Miozän stattfindene Abkühlung mit einer Abkühlungsrate von -20 bis -60 °C/Ma wurde durch die thermische Subsidenz im Bereich des Anza-Grabens verursacht. Während oder nach der Abkühlung erfolgte eine Dekompression um ca. 0.3-0.8 GPa entsprechend einer Anhebung um ca. 9-24 km. Dieses Ereignis kann mit sehr jungen Extensionsbewegungen im Bereich des Anza-Grabens in Verbindung gebracht werden. Die sehr junge (16-260 ka) Aufheizung wurde durch die Verlagerung des Vulkanismus vom Kenia-Rift auf die östliche Grabenschulter verusacht. Die Modellierung von Spurenelement-Zonierungen in den Granaten ergab folgende relative Diffusionskoeffizienten: Fe-Mg > Ni > Ti > Sc ª V. Die für die Granate des Alpe-Arami-Peridotit-Körpers durchgeführten Modellierungen belegen sehr hohe Abkühlungsraten von -120 bis -2600 °C/Ma innerhalb von 0.1-3.2 Ma. Diese Abkühlung wurde höchst wahrscheinlich durch die Einschuppung des heißen Peridotit-Körpers in die kalte Cima-Lunga-Decke verursacht. Die Zeitdauer der Hochtemperatur-Metamorphose (T = 870-980 °C, P * 1.0-1.5 GPa) der Granulite aus den 'metamorphic soles' des 'Central Dinaric Opiolite Belt' konnte auf < 1 Ma festgelegt werden. Dieser sehr kurze Zeitraum unterstützt die Annahme einer innerozeanischen Überschiebung zweier Bereiche von junger ozeanischer Lithosphäre und die damit einhergehende Kontaktmetamorphose als Ursache für die Bildung dieser 'metamorphic soles'.

Translation of abstract (English)

In order to perform numerical diffusion-modelling a new paradigm, based on the Crank-Nicolson-algorithm simulating a three-dimensional isotropic diffusion of arbitrary elements in a spherical body, was developed. The new diffusion-modelling paradigm was applied to three lithological sample sets from different tectonic regions yielding their associated temporal quantifications of temperature and pressure changes. The garnet pyroxenite and garnet websterite xenoliths from the Marsabit shield volcano (north Kenya) document a three-phase thermo-barical evolution. The cooling, starting in the Miocene with cooling rates between -20 and -60 °C/Ma, was caused by the thermic subsidence of the Anza rift region. During or after the cooling, a decompression of approximately 0.3-0.8 GPa occured corresponding to an uplift of approximately 9-24 km. This event is related to very recent extensional movements. Finally, the very young (16-260 ka) heating was caused by the shifting of the volcanism from the Kenya rift towards the eastern rift shoulders. The modelling of the zonation patterns of Ni, Ti, Sc and V in the garnets of those xenoliths yielded the following relative diffusion coefficients: Fe-Mg > Ni > Ti > Sc ª V. The diffusion modelling, performed for the Fe and Mg zonation patterns in the garnets of the Alpe Arami peridotite body, confirms very high cooling rates between -120 and -2600 °C/Ma during a very fast cooling of 0.1-3.2 Ma. This cooling probably was caused by the incooperation of the hot peridotite body into the cold Cima-Lunga-nappe. The duration of the high temperature metamorphism (T = 870-980 °C, P * 1.0-1.5 GPa) of the granulites from the metamorphic soles of the Central Dinaric Ophiolite Belt have been determined to have lasted < 1 Ma. This very short period of time supports the assumption of an intraoceanic thrusting of two parts of oceanic lithosphere and the associated contact metamorphism as the cause for the formation of those metamorphic soles.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Altherr, Prof. Dr. Rainer
Date of thesis defense: 29 October 2001
Date Deposited: 22 Nov 2001 00:00
Date: 2001
Faculties / Institutes: Fakultät für Chemie und Geowissenschaften > Institut für Geowissenschaften
Subjects: 550 Earth sciences
Controlled Keywords: Diffusion, Rift, Granat, Dinariden, Ophiolith
Uncontrolled Keywords: numerische Modellierung , Abkühlungsrate , metamorphic sole , Anza-Graben , Alpe Aramidiffusion , garnet , cooling rate , numerical modelling
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