The generation of felsic magmas in the oceanic crust: assimilation-fractional-crystallization processes versus re-melting of the crust

The magmatic oceanic crust mainly consists of mafic rock types like plutonic gabbros and volcanic basalts. Comparable small amounts of felsic rocks with >60 wt% SiO2 are known in the oceanic crust in forms of intrusive veins and plagiogranite bodies but only rarely in form of erupted lavas. Plagiogranitic rocks are well known from ophiolite complexes, which represent a typical sequence of rocks formed in an oceanic setting obducted and exposed on land. Ophiolites therefore provide an easy and less expensive opportunity to study oceanic crustal rocks and those magmatic evolution processes. This thesis focuses on the particular information content provided by felsic rocks concerning various processes during crustal formation. The importance and combination of parameters like e.g. crustal thickening, hydrothermal alteration and assimilation of crustal rocks during melt fractionation beneath a segment of the Pacific Antarctic Rise is discussed in chapter 3. I used major-, trace elements and isotope ratios (δ18O) of fresh and young glassy lavas (basalts, andesites, dacites) and mineral compositions to identify and model the amount of crystal fractionation and assimilation and to detect the composition of the assimilated material. The result of this study indicates that distinct amounts (30%) of hydrothermal modified crustal rocks must be assimilated to produce the felsic lavas. I compared several felsic plutonic rock samples (plagiogranites) from two large and well-preserved ophiolite complexes (Troodos and Oman) with each other and with the associated mafic rocks (gabbros, sheeted dykes and lavas) in chapters 4 and 5. Major-, trace elements and isotope ratios (Sr, Nd, Hf) of whole-rocks and mineral analyses (major elements) were used to demonstrate the genetic relation of the felsic intrusives with the majority of the mafic crustal rocks. The result of these studies indicates that the plagiogranites in the Troodos and Oman ophiolite complexes comprise geochemical different groups. The plagiogranite groups are in each case related to different mafic crustal rocks and lavas indicative for a special magmatic phase. In particular the isotope analysis provide a high information potential including time progressive melt contamination during crust formation. In summary, both processes, fractional crystallization of mafic melt and assimilation of partial molten crustal rock are important processes to generate felsic melt within oceanic crust settings.Die magmatische ozeanische Kruste besteht hauptsächlich aus mafischen Gesteinen wie den plutonischen Gabbros und den vulkanischen Basalten. Vergleichsweise geringe Mengen felsischer Gesteine mit >60 wt.% SiO2, sind auch aus der ozeanischen Kruste bekannt, meist in Form von intrusiven Adern und Plagiogranitkörpern, jedoch nur selten als eruptierte Laven. In Ophiolite Komplexen, welche typische Gesteinssequenzen repräsentieren, die in einem ozeanischen Milieu entstanden, obduziert und auf dem Land freigelegt wurden sind Plagiogranitintrusionen vergleichsweise häufig. Ophiolite bieten daher eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, um ozeanische Krustengesteine und ihre magmatischen Entwicklungsprozesse zu untersuchen. Diese Promotion untersucht speziell den Informationsgehalt felsischer Gesteine in Bezug auf Krustenbildungsprozesse. Kombinationen verschiedener Parameter, wie z.B. Krustenverdickung, hydrothermale Veränderung und Assimilation von Krustengesteinen während der Schmelzfraktionierung an einem Segment des Pazifisch-Antaktischen Rückens, werden im Kapitel 3 diskutiert. Ich nutzte Haupt- Spurenelemente und Isotopenverhältnisse (δ18O) von frischen und jungen glasigen Laven (Basalte, Andesite, Dacite) und die Mineralzusammensetzungen einerseits, um die Anteile von Kristallfraktionierung und Assimilation zu modelieren und andererseits, um die Zusammensetzung des assimilierten Materials zu ermitteln. Das Ergebnis dieser Studie ergibt, dass größere Mengen (30%) hydrothermal veränderten Krustengesteins assimiliert werden müssen, um diese felsischen Laven zu erzeugen. In Kapitel 4 und 5 vergleiche ich diverse felsische Intrusivgesteine (Plagiogranite) von zwei großen und gut erhaltenen Ophiolite Komplexen (Troodos und Oman) jeweils untereinander und mit den assoziierten mafischen Gesteinen (Gabbros, Dike-Komplex und Laven). Haupt-, Spurenelemente und Isotopenverhältnisse (Sr, Nd, Hf) des Gesamtgesteins und Mineralanalysen (Hauptelemente) wurden genutzt, um die Zusammenhänge zwischen den felsischen Plutoniten und der mafischen Krustengesteine zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Studien demonstrieren, dass die Plagiogranite innerhalb des Troodos, sowie Oman Ophiolite Komplex geochemisch unterscheidbare Gruppen umfassen. In beiden Fällen lassen sich die einzelnen Plagiogranitgruppen unterschiedlichen mafischen Krustengesteinen und Laven zuordnen, welche jeweils Indikativ für eine spezielle magmatische Phase sind. Insbesondere die Isotopenanalysen beinhalten ein hohes Informationspotential, z.B. in Bezug auf zeitlich voranschreitende Schmelzkontamination während der Krustenbildung. Zusammenfassend ergibt sich, dass sowohl fraktionierte Kristallisation von mafischer Schmelze als auch Assimilation von partiell geschmolzenem Krustengestein wichtige und nur schwer abgrenzbare Prozesse bei der Entstehung von felsischen Schmelzen innerhalb von ozeanischer Kruste sind