A szakirodalomban sokszor tárgyalt kérdés, hogy a Föld fejlődése során mikor keletkezett a kéreg. A lemeztektonikai folyamatok is, több megfontolás alapján, a korai kéregképződésig mennek vissza, s ennek során a recirkuláció és parciális olvadás folytán, az inkompatibilis elemek, köztük a stroncium, az olvadékban s így az abból fejlődő kéregben dúsulnak, módot adva a kéregfejlődés idejének megállapítására. Tehát a 87Sr/86Sr arány a kéregben állandóan növekszik, (50. ábra) vagyis arányos az eltelt idővel. Más módszerekkel a kéreg lehetséges legkorábbi keletkezési idejét az U-Pb (cirkon) módszer szerint 4,4–4,3 G év, aεHf(176Hf/177Hf) és a Lu/Hf (~0,01) adatok szerint 4,5–4,4 G év közötti időre teszik, de az első kéregrészletek gyorsan alámerülhettek (recirkuláltak).
CAROet al. (2003) szerint a földkéreg kelet-kezési idejének megállapítására az 142Nd-izotóp mérése ad megbízható lehetőséget. Ez az izotóp ugyanis a 146Sm radioaktív bomlásával kelet-kezik, melynek rövid a felezési ideje (T˝=103 M év) s így a 142Nd/144Nd-érték csak a Föld kelet-kezése utáni 700 M évig változott, míg a többi Nd-izotóparány a földtörténet során máig állandóan változik. Az Isua (Ny-Grönland) metaszedimentek 142Nd értékei 15±4 ppm, hasonlóak az Allende meteoritéhoz, amiből következik, hogy a Sm/Nd frakcionálódás a Föld akkréciója után hamar végbement. Az Isua felzikus és bazalt kőzeteiben 3,7–3,8 G év után már nincs eltérés az 142Nd-értékekben, tehát a
142Nd kezdeti értéke (~ 50 ppm) 4,5 és 3,8 G év
(1994) szerint ez a látszat, az adatok önkényes összekötésének következménye, de a rendel-kezésre álló adatokból szerintük folyamatosság helyett, inkább epizodikus képződés olvasható ki. A kontinentális kéreg U-Pb (cirkon) kor-gyakorisági diagramjai (CONDIE2001) szerint egy-egy intruzív szakaszt, a nyugalmitól 50. ábra.A 87Sr/86Sr növekedése jellemzi a közel 4 G év óta fejlődő földkérget
(JACOBSEN, DYMEK1988)
51. ábra.A földkéreg képződésének és fejlődének alakulása az idő függvényében, az ábrán feltüntetett szerzők szerint
elválasztó csúcsokat mutatnak ki. Ezek nem a kontinentális kéreg egyes szelvényeinek véletlenszerű megmaradását jelzik, hanem köpeny-plumokhoz kapcsolódó nagyobb termális pulzusokat az archaikumban (2,74–2,66 G év) és a korai proterozoikumban. E felfogás szerint tehát az sem biztos, hogy a kéregfejlődés folyamatos szubdukcióhoz kötődő magmatizmus következménye (ALBAR`EDE1998). Pontos U-Pb (cirkon) adatokból arra következtetnek, hogy a nagy epizódokra jellemző vonások egyidejűleg minden kontinensen megnyilvánulnak, jóllehet ez az állítás nem meggyőző annak ismeretében, hogy az archaikus kőzetek a jelenlegi felszín mindössze 7,5%-án maradtak fenn. Továbbá a plumokhoz kötődő epizódokkal kapcsolatban nehéz kérdésként merül fel az is, hogy miként kell elképzelni a túlnyomóan mafikus plumok aktivitásához kapcsolódó szintektonikus felzikus kőzetek hasonló periódusú megjelenését. Ugyanis a köpenyeredetű és felzikus (nagy SiO2) képződmények izotóparányai rövid időkülönbséget engednek meg. A kontinentális bazaltárak szilíciumeloszlása az archaikus kőzetéhez hasonlóan bimodális, jóllehet a bazaltárak felzikus kőzetei nem a maradék gránátokkal egyensúlyban, hanem különböző tektonikai viszonyok között, és mintegy 50–80 M év késéssel keletkeztek.
Annyi azonban bizonyos, hogy az archaikus palák összetétele szisztematikusan kevesebb Si, K, Th, Sc és több Mg, Ca, Na, Cr, Ni elemet tartalmaz, mint a posztarchaikus palák. Ezt a különbözőséget TAYLOR, MCLENNAN(1985)a kiinduló magmás kőzetekre vezeti vissza, mivel az archaikus kőzeteket a Na-TTG, és Mg-gazdag komatiit jellemzi, míg a fiatalabb posztarchaikus orogénekben dúsabb Si- és K-tartalmú kőzetek keletkeztek. A Nb/La értéke is kisebb az archaikus felső kéregben (0,28), mint a posztarchaikus palákban (0,44–0,50). Ez a vázlat azonban további problémát vet fel, ha a RFF eloszlását is figyelembe vesszük. Az archaikus palákban ugyanis kevesebb az LRRE és több a HREE, de főképpen nincs negatív Eu-anomália, szemben a posztarchaikus palákkal. Ebből az következik, hogy az archaikus kőzetek szintén átestek kérgen belüli differenciálódáson, vagyis nem kizárólag primitív mafikus kőzetek. A Föld kémiai összetétele az idővel tehát változik, de ennek pontos okát és menetét teljes bizonyosággal még nem ismerjük. A szekuláris változás az üledékek összetételében is megmutatkozik, s ez jól tükrözi a magmás kőzetek átlagát, különösen a Sc, Th, Y, RFF, elemek tekintetében, mert ezek vízben nem oldható, tehát a mállás során nem változó nyomelemek.
Ahhoz, hogy a köpenyben lejátszódó differenciálódási folyamatokat nyomelemvizsgálatokkal követhessük, szükséges a nyomelemvizsgálat és -használat idevonatkozó alapelveit és eljárásait röviden összefoglalni, követve e kőzetek kialakulásának menetét. A nyomelemek eloszlását az óceáni és kontinentális kéregben ugyan különböző folyamatok irányítják, de minden esetben a legfontosabb közvetlen ok a szilárd köpenyanyag részleges olvadása és az ezt követő kristályosodás vagyis frakcionált kristályosodási folyamat, amely nélkül a Földön nem volnának kontinensek. Az anyag nagyobbik része a felső köpenyből (asztenoszféra) származik, azonban egyes hotspotok magmája a mélyköpenyből eredhet. Az óceáni kéreg eleve nyomelemekben szegényebb anyagból (DMM) indul ki és összetétele sokkal egyhangúbb, mint a kontinentális kéregé. A kontinentális kőzetek voltaképpen a felső köpeny mafikus anyagából recirkuláció révén esetleg többszöri parciális olvadás útján keletkeztek. Amikor a köpeny anyaga oly magasságba jut ahol a nyomás csökkenése miatt a szolidusz görbe fölé kerül, részlegesen vagy kivételesen teljesen megolvad és belőle parentális magma keletkezik. E folyamat kapcsán az elemek geokémiai útja kettéválik: zavarmentes esetekben a kompatibilis elemek a köpeny olivin, piroxén, gránát ásványaiban visszamaradnak, míg az inkompatibilis elemek az olvadékban koncentrálódnak. Az olvadás során az ásványok kémiai kötései felbomlanak, az atomi, ioni részecskék részben elválnak egymástól. Hűlés alkalmával a kristályosodási differenciálódás során az először kiváló (Fe, Ti) ásványok, az olivin (ρ=3,3–3,5 gcm–3) piroxének (ρ=3,2–3,5 gcm–3) lesüllyednek és mafikus kőzetekké alakulnak. A kisebb sűrűségű ásványok (kvarc, földpátok) és az olvadék (ρ<3,0 gcm–3) gravitációs hatásra emelkednek és a felzikus kőzetek alkotórészeivé válnak. A köpeny összetételére e folyamat, mivel a kontinentális kéreg a szilikátföldnek csak 0,5–0,6%-át teszi ki, a főelemekre (Si, Mg, Al, Ca, Na) nincs mérhető hatással. Annál nagyobb változás következik be a nyomelemek (pl.Th, U, Cs, Rb, Nb, Ta, La stb.) megoszlásában, mert ezek tekintélyes része az olvadékkal a kéregbe kerül. Pédául az összes U, Th 50%-a a kéregben van és csak a másik fele a 99,5%-ot kitevő
köpenyben marad vissza. A kvantitatív modell szerint a nyomelemek eloszlása a kéreg és köpeny között HOFMANN (2003) szerint közel komplementárisnak tekinthető.
Ezen a ponton lép a nyomelemvizsgálat a kőzetgenetikai kutatás területére, mert a nyomelemek önmagukban is többnyire jól jellemzik a lezajlott folyamatokat. Még részletesebb betekintést nyerhetünk az izotóparányok meghatározásával. A nyomelemek útját ugyanis elektron-szerkezük jelöli ki, s így a körülmények változásával abszolút kon-centrációjuk is változhat, azonban izotópjainak egymáshoz viszonyított aránya, különösen a nehezebb izotópok esetében változatlan. Ez az adottság kiváló jelző értéket kölcsönöz az izotópoknak, mert lehetővé teszi a keletkezési idő meghatározását is, ami rendkívül fontos paramétere a genetikai vizsgálatoknak. A kontinentális kéreg tanulmányozása során leggyakrabban használt radioaktív nyomelemeket a 17. táblázatban foglaltuk össze.
17. táblázat. A kéreg kutatásban leggyakrabban használt nyomelemek
AZ ÓCEÁNI KÉREG
A köpenyből érkező izotópjelzések értelmezése céljából tekintsük elsőül a Sr-, Nd-, Pb-izotópok elterjedésének határétékeit az óceáni vulkanizmus különböző előfordulási területein szerzett adatok alapján. Bevett gyakorlat a kőzetek eredetének vizsgálatában a Rb- és Sm-elemek eltérő kompatibilitási tulajdonságainak kihasználásával a belőlük keletkező izotóputódok arányainak összehasonlítása. Ennek megfelelően a köpenyben zajló folyamatok nyomon követése gyakran Rb/Sr- és Sm/Nd-izotóparányok37*vizsgálatával történik. A 87Rb→87Sr-izotóppá alakul β-bomlással 10e kibocsátásával (t˝=4,923×1010év). Mivel a Rb inkompatibilisebb, mint a Sr, ezért parciális olvadás esetén a Rb elválik a stronciumtól és inkább az olvadékba megy. Ha az olvadék láva alakjában felszínre kerül és építi a kérget, akkor ennek megfelelően a geológiai idők során a kéregben koncentrálódik és növekszik a belőle bomlással keletkező 87Sr. Érthetően ennek következményeképpen a köpeny Rb-ban szegényebb lesz. A Sr-izotóparányok szempontjából a köpeny egésze azonban homogénnek tekinthető. A
143Nd/144Nd arány a Föld keletkezésekor azonos volt a kondritokéval, és az azóta eltelt idő alatt növekedett, mert a 147Sm-ból folyamtosan nőtt a 143Nd mennyisége. Mai értéke 0,5163.
A Nd izotópok sorában különösen a 143–144 Nd-nek van nagy jelentősége.
A 147Sm›143Nd-má bomlik 1 αrészecske kibocsátásával (t1/2= 1,06×1011év).
Ebben az esetben a Sm kompatibilisebb, mint a Nd (DSm>DNd)), ezért olvadás esetén a szilárd fázisban marad és a Nd megy olvadékba. Ennek folytán a Sm a köpenyben dúsul, a kéreg viszont Nd-ban. Másfelől 87Rb→87Sr+βesetében a DRb<DSr, vagyis a kéregben több a Rb, s vele a 87Sr, tehát a 87Sr/86Sr nagyobb, mint a köpenyben. Ebből következik, hogy a 143Nd/144Nd negatívan korrelál a
87Sr/86Sr-mal s így a szegényebb óceáni hátsági kőzethez mindig kisebb
87Sr/86Sr és nagyobb 143Nd/144Nd arány tartozik (52. ábra).
Az előbbi nyomelemarányok a kéregben egymástól teljesen eltérő vagy csak részben fedő tartományokra utalnak, melyekhez — elvben — a köpenyben 52. ábra. A Rb/Sr és Nd/Sm rendszer a
köpenyben és kéregben (DE PAOLO, WASSERBURG1979a)
53. ábra.Elgondolások a köpenyben zajló, MORB, OIB kőzeteket létrehozó folyamatokra (magyarázat a szövegben) (DAVIES1999)
37* Izotóparányokat nemcsak azért használnak, mert a vizsgált folyamatokban állandóak maradnak, hanem azért is mert pontosabban mérhetők, mint a koncentrációk.
elkülönült forrásrégiókat rendelhetünk. Az adatok eloszlása egyelőre (munkahipotézisként) a köpenyben 5 rezervoár elkülönítését teszi lehetővé.
Az öt alaptípus a következő: MORB, DMM, EMI, EMII és HIMU38*. Ezek különböző nyomelem, ill. izotópeloszlás alapján további alcsoportokat alkotnak, amelyeket szintén betűszavakkal rövidítve említünk. Mielőtt ezekre rátérnénk, érdemes előbb a köpeny szerkezetére vonatkozó felfogásokat röviden összefoglalni, jóllehet e teóriák felállítását a mérési adatok megelőzték. Az öt alapcsoport adatait azonban könnyebb lesz értelmezni, ha azokat valamely eredetelmélettel vethetjük össze.
Az alaptípusok származási helyére vonatkozó felfogásokat az 53. ábra mutatja be öszefüggésben a köpenyáramokkal.
Bár a köpeny szilárd halmazállapotú, benne áramlások alakultak ki, amire abból is következtethetünk, hogy ha a köpeny hővesztése kizárólag hővezetés útján
való-sulna meg, akkor a Föld felszínközeli része egyforma hőmérsékletű lenne. Hőgradiens hiánya miatt pedig nem volna hajtóerő a geológiai folyamatok fenntartására.
Az ábrán látható modellek mindegyike a MORB (óceánközépi hátsági bazalt) eredetéül a felső köpenyt tekinti, amely az izotóp tömeg-mérleg számítások alapján az egész köpeny 1/3-ad részét teszi ki. E mellett szól, hogy a MORB 65 000 km hosszúságában, tehát az egész földfelszínen, nagyon hasonló elemi és izotóp inkompatibilis elemekben elszegé-nyedett magmák jönnek felszínre. Az OIB lávák viszont, főleg óceánokban elszórva, a plumok (köpenycsóva, köpenyfeláramlás) révén az alsó köpeny és felső mag határától (D”
réteg) indulnak, áttörik a 660 km-es disz-kontinuitást és a felszínhez közel jutva, köpeny-ben képzelik el s így az OIB plumok is csak maximálisan 660 km mélységből származnak (53. ábra, b). Mások a szubdukciós lemezek lehatolási mélységét helyezik a felső köpenybe. Mai ismereteink szerint az 53. ábra a és b modellje nem zárja ki egymást, mert a szeizmológusok a plumok egy részének helyzetét a felső köpenyig, más részét azonban a D” rétegig tudják követni.
Az 54. ábra a 87Sr/86Sr vs εNdés az 55. ábra a
206Pb/204Pb vs 87Sr/86Sr diagramok szerint mutatja be az izotóparányok eloszlását e jelenséget is egy felső és egy alsó köpeny létezésére vezetik vissza.
38*Lásd betűszavak jegyzékét.
55. ábra. Az 5 rezervoár a 206Pb/204Pb vs 87Sr/86Sr diagramban (WHITE1985, ZINDLERet al.
1986)
54. ábra.Az 5 rezervoár a 87Sr/86Sr vs εNddiagramban (ZINDLERet al. 1986)
A MORB
Mint a neve, a Mid-Ocean Ridge Basalt jelzi, ez a legnagyobb tömegű vulkánosságot (az összes vulkáni működés 73%-át) képviselő óceáni hátságok kőzete és annak izotóparányait képviseli. DEPAOLO, WASSERBURG(1976) bevezette a Sr- és Nd-izotópok köpenyre vonatkoztatott arányainak „a köpeny rendje” („mantle array”) fogalmát (Függelék 8–5. ábra). Ennek adatai: 143Nd/144Nd = 0,51315, εNd= +10 és 87Sr/86Sr = 0,7025 (szegényedett köpeny), ill. 143Nd/144Nd =0,51264 (εNd=±0) és
87Sr/86Sr=0,705 (feltételezett primitív köpeny). Bár ezek nem mindig azonosak a köpenyizotópok tényleges értékeivel, de megmaradtak, mint referens értékek, amelyekhez a kőzetek mért adatait viszonyítják.
A MORB kőzetek a 87Sr/86Sr<0,7035, 143Nd/144Nd>0,5030 és
206Pb/204Pb<19,5 értékek között maradnak. A Ba/Nb, Th/Nb és K/Nb értékek alacsonyak. Összetétele <1230 °C és 0,8–1,2 GPa nyomáson (25–35 km mélység) esetén Cpx+Opx+Plag+olvadék, ami a peridotit olvadásakor a spinell peridotit stabilitásának felel
56. ábra.A MORB keletkezésének vázlata (WILSON1989) 57. ábra.Az N-MORB-hoz hasonló néha 20 km távolságban feltörő lávák néhány elem tekintetében gazdagabbak: E-MORB, (ZOUet al. után, TURCOTTE, MORGAN
1992)
58. ábra.A MORB értékeinek alakulása a Pb/Pb diagramban
Am = Amsterdam, Cr = Crozet, M = Mauritius, MP = Marion Pr. Edward, R = Raratonga, Re = Reunion, SP = St. Paul, 0 Indiai MORB, Dupal NHRL = North Hemisphere Reference Line (WINTER2001), HAMELIN, ALLEGRE` (1985), HART(1984)
meg. Képződésének feltétele a tektonikus lemezek egymástól való távolodása során kialakuló hasadék keletkezése, amelybe a köpenyanyag diapírszerűen benyomul. Eközben adiabatikus nyomáscsökkenés folytán, mintegy 60–80 km-es mélységben, részleges olvadás kezdődik és az inkompatibilis elemekben szegényedett felső köpeny anyagából normális MORB (N-MORB) láva jön létre (K/Ba>100 és Zr/Nb >30) (56. ábra). Az olvadás kezdetben kismértékű 60 km mélységben 2%-ra tehető, de a köpeny emelkedésével ez növekszik, mert bár a hőmérséklet csökken, de az ugyancsak csökkenő nyomás nagyobb mértékben csökkenti az olvadáspontot, úgyhogy az árok tengelyében 25–40%-ot is elérhet. Az átlagos olvadás azonban csak 10% körüli s ez érthetővé teszi, hogy a 60 km mélységben zajló parciális olvadás egy állandó 6 km vastag óceáni kérget tud fenntartani.
Az E-MORB összetételére jellemző: K2O 1–0,3%, K/Ba ~30, Zr/Nb 6–16, Y/Nb 1–4, La/Sm 1–6, tehát az E-MORB a N-MORB-hoz képest gazdagabb HFS és LIL elemekben és a HREE-hez képest több LREE-t tartalmaz. Különösen érdekes a radiogén ólom dúsulása. Az U, Th inkompatibilis, de a belőlük keletkező Pb 2 vagy 3 vegyértékű lehet az U, Th 4 vegyértékével szemben. Ezért a radiogén izotópok rácsszerkezeti okok miatt (pl. a monacitból) távoznak az olvadékba, s így emelik a 204Pb-hez viszonyítva a nehezebb izotópok mennyiségét az E-MORB-ban. Hasonlóan az egy vegyértékű 87Rb és a kétvegyértékű 87Sr eltérő inkompatibilitási jellege miatt a radiogén stroncium felszaporodása várható alacsony olvadási fok mellett. Az E-komponens mélyebbről érkezik (57. ábra), és összekeveredhet a MORB anyagával. LUNDSTROMet al. (2000) a MORB-összetétel ingadozásának értelmezése során a 87Sr//86Sr
helyett inkább a Th/U értékeket veszi alapul és arra következtet, hogy a MORB forrásanyaga gazdagabb mafikus telérekkel átjárt lherzolit.
Ezzel magyarázza a helyenként dúsabb Cr# spinell és TiO2tartalmat is. Az OIB-bal összehasonlítva a MORB-ban kevesebb a Sr és Os és több a Nd és Hf. Szokás feltenni, hogy az OIB kevésbé kigázosodott forrásból ered, mint a MORB és inkább az alkáli bazaltos kőzetekre, míg a MORB a tholeiites kőzetekre jellemző. Megjegyezzük, hogy a MORB a nagy földrajzi egységekben csekély mértékben egymástól eltérő izotóparányokat is mutathat. Így a 206Pb/204Pb vs 208Pb/204Pb 58.
ábrán látható diagramján az Atlanti és Pacifikus MORB némileg különbözik az indiai-óceáni MORB-tól. A MORB nyomelem-összetételét a 18. táblázatban, további részleteket a Függelék3–10, 3–11. táblázataiban találjuk.
Az újabb vizsgálatok szerint a kondritok 142Ne /144Ne aránya 20 ppm-mel kisebb, mint a földi kőzeteké. Ebből BOYET, CARLSON
(2005) arra következtet, hogy a földi köpeny 70–90%-a, ~4,53 G évben, 30 M év alatt lezajlott globális differenciáció következtében megegyezik az inkompatibilis elemekben szegényebb MORB összetételével és a komplementárisan gazdagodott rezervoár a köpeny legalsó részében foglal helyet.
A MORB-ban az RFF eloszlását más kőzetekkel összehasonlítva az 59. ábrán látjuk (MCLENNAN, TAYLOR1982 után) és értelmezéséhez
18. táblázat. A normális MORB (N-MORB) jellemző összetevői
59. ábra. Ritka földfémek eloszlása geológiai képződményekben (MCLENNAN, TAYLOR1982)
felhasználhatjuk a szóbanforgó ásványokkal kapcso-latos partíciós koefficienseket is az 60. ábrán. Ezekből kitűnik, hogy a MORB több nehéz RFF-t tartalmaz, mint a kondrit, de még a felső kontinentális kéreghez képest is többet főleg a klinopiroxén tartalomnak köszönhetően. A MORB és kéreg egymáshoz viszonyí-tott nyomelem eloszlását a 61. ábrán látjuk. A MORB különböző változatainak, a nyomelemek tágabb körének alakulását a Függelék 3–11 – 3–13. táblázataiban találjuk.
2003-ban amerikai kutatócsoport fúrásokkal rész-letesen megkutatta az Atlanti-óceáni rift É 14° 40’ és 15°
40’ közötti részét. Megállapították, hogy e magma-mentes részen a riftben gabbróval átjárt peridotit fordul elő 15–20 km mélységig és az olvadék a vízszint alatt 100%-osan tud kristályosodni. Mintegy 25 km-re a rift tengelyétől nyugatra gabbrós kőzetek fordulnak elő, de kevés bennük a tűzálló elem és nem képviselik azokat a kumulátokat, amelyekből a rift bazaltjai levezethetők lennének. Hidrotermás elváltozások nyomait is felfedezték erősen csökkenő (Mg+Fe)/Si aránnyal.
Néhol a brucit volt az elváltozott peridotit tömeges kísérője. Karbonátok mennyisége a metaszomatózis során odajutott Ca-ionok függvényében alakult ki.
A köpenyből származó lávák összetételében további szisztematikus eltérések figyelhetők meg, de nincs kialakult vélemény arról, hogy ezek fizikailag állandó és elkülöníthető forrásból származnának. Egyelőre úgy látszik különböző eredetű anyagok — teoretikusan megközelített — keverékéről van szó. Ha az óceáni szigetek és a MORB összetételét a 143Nd/144Nd, 87Sr/86Sr,
206Pb/204Pb izotóparányokkal három dimenzióban ábrázoljuk, akkor az így nyert megnyúlt térfogatok egy tetraéderbe foglalhatók, melynek 4 hipotetikus csúcsa a DMM. EMI, EMII, HIMU az adott irányban a szélső értékeket jelenti, továbbá gyakran használt közbeeső összetétel a FOZO (62. ábra).
Az ábrán látható, hogy az elongált összetételterek egyúttal a DMM és HIMU közötti FOZO(Focal Zone) felé irányulnak. Ezt HARTet al. (1992) úgy értelmezi, hogy a FOZO egy korábban nem definiált összetétel, amely az alsó köpenyének felel meg és szerinte közelítőleg 87Sr/86Sr = 0,7025, εNd= +9 és 206Pb/204Pb = 19,5 adatokkal jellemezhető. FARLEYet al. (1992) szerint azonban a jelenség inkább a PHEM-nek nevezett
3He/4He alakulásával van összefüggésben.
Az óceáni szigetek kőzeteinek összetétele a tetraéder 4 csúcsának megfelelő komponensek keveredésével magyarázható. A kérdés mi a 4 komponens összetétele, hol, hogyan keletkeznek és van-e a köpenyben fizikailag kijelölhető tartományuk?
ADMM(Depleled MORB Mantle) voltaképpen a MORB forrásául szolgáló köpenynek az inkompatibilis elemekben való relatív elszegényedése. Úgy is tekinthető, mint az inkompatibilis elemekben gazdag kontinentális kéreg komplementáris ellentéte. Mai felfogás szerint a primitív köpeny 2–3%-os parciális olvadásának terméke. A legfontosabb komponens, 60. ábra.Ritka földfémek partíciós értékei a jelzett ásványok esetében
(NICHOLS, HARRIS1980)
61. ábra. A szilikát Földre normalizált elemek Hoffman-sorozatának eloszlása a kontinentális kéregben a N-MORBban (MCDONOUGH, SUN1995)
62. ábra. Nd, Sr, Pb izotóp arányok az EMI, EMII, MIMU és DMM tetraéderben, amelybe az óceáni bazaltok 97,5%-a besorolható (HARTet al. 1992)
mivel a felfelé irányuló vulkanizmus többségének kiinduló anyaga. A DMM nyomelemeinek értéke a MORB, a kéreg-köpeny egyensúly modellezésének is alap paramétere. A felső kéreg-köpeny átlagos összetételének meghatározása az izotópok szülő-utód viszonyából és a MORB olvadék differenciálódott nyomelemeinek alapján történik. Ebből tudjuk. hogy a szilikátföld 30%-át kitevő felső köpenyből az inkompatibilis elemek 90%-a, és a hőt produkáló radioaktív elemek 80–85%-a a kontinentális kéregbe került.
A DMM összetételének levezetése a peridotitokban levő klinopiroxén nyomelemeinek, a primitív köpeny izotóp fejlődésének és a MORB összetételének együttes figyelembe vételével lehetséges (ZINDLER, HART1986). A mély peridotitok a MORB képződéséhez vezető frakcionális olvadás maradékai és így kiválóan alkalmasak a DMM összetétel meghatározására, mivel, ellentétben a bazalttal, frakcionált kristályosodás nem befolyásolta őket. Azonban ha 1%-nál több plagioklászt tartalmaz, akkor idegen olvadék, vagy az abnormis Sr- és Ce-tartalom a tengervíz mállasztó hatására utal.
Ezért a peridotit korrekt összetétele a benne található üde (nem mállott) klinopiroxén összetételéből a nyomelemek partíciós koefficienseinek (D értékek) figyelembe vételével állapítható meg. Néhány nyomelem aránya a MORB-ban és OIB-ban a részleges olvadás mértékétől függetlenül állandó (kanonikus) értéket mutat. Ilyenek: Nb/U, Nb/Ta, Nb/U, Ba/Rb, Ce/Pb mivel ezek partíciós koefficiensei a forrásanyagban nagyon hasonlóak vagy azonosak.
A MORB-ban e kanonikus értékek eltérhetnek a szilikátföld hasonló elemeinek árányától (főleg az Nb/U, Ne/Pb, Nb/Ta), amiből fontos következtetések adódnak a köpeny elszegényesedésére és sok más jelenségre. A köpeny szegényedését a mély peridotitból és a DMM izotópok fejlődéséből kiindulva a kanonikus arányok ismeretében az átlagos DMM, E-DMM (az átlagostól gazdagabb) és D-DMM (az átlagostól szegényebb) adataiból ismerhetjük meg (Függelék 3–12. táblázat).
A mély peridotit az egész Földön nemcsak a nyomelemek tekintetében mutat szegényedési trendet, hanem a fő elemekben is, ami a modális ásványi összetételben nyilvánul meg. Az olivin tartalom a növekvő parciális olvadással az
A mély peridotit az egész Földön nemcsak a nyomelemek tekintetében mutat szegényedési trendet, hanem a fő elemekben is, ami a modális ásványi összetételben nyilvánul meg. Az olivin tartalom a növekvő parciális olvadással az