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Geochemical and petrographic studies of the volcano-tectonic evolution of northern Afar
implications for the structural setup of the actively expanding Erta'Ale depression
Ghidey Miruts Hagos
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*in
Christian Köberl
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
DOI
10.25365/thesis.12719
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29650.40449.342262-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Der äthiopische Afar-Manteldiapir ist einer der jüngsten Diapirstrukturen der Welt. Seit ca. 30 Mio Jahren fördert er große Mengen an Magmen an die Erdoberfläche und trägt damit zur Umgestaltung der sublithosphärischen ostafrikanischen Kruste bei. Aufgrund der komplexen geodynamischen Natur dieser Region existiert eine eindruckvolle petrologische Vielfalt. Die Laven umfassen ein Spektrum von Basaniten zu tholeiitischen Basalten und von Phonoliten zu Trachyten. Diese Arbeit präsentiert geochemische und petrographische Untersuchungen an 93 vulkanischen, hauptsächlich basaltischen, Gesteinen, die aus den nördlichen äthiopischen Flutbasalten und der nördlichen Afar-Störung, der Erta`Ale Vulkankette, stammen. Sie beinhaltet ebenso eine kinematische Analyse der nördlichen und zentralen Afar-Störung, von deren ursprünglichen Beginn bis zur heutigen Ozeanbodenspreizung. Das Gesteinsmaterial stammt aus zwei Feldkampagnen: die erste fand 2007 in Vulkaniten des äthiopischen Hochlands statt, die zweite, 2008/09, hatte die axialen Basalte der nördlichen Afar-Senke zum Ziel. Es konnten viele petrologisch unterscheidbare vulkanischen Sequenzen im nördlichen äthiopischen Plateau und in der Afar-Senke identifiziert werden. Die ältesten vulkanischen Gesteine des Afar-Manteldiapirs werden durch die titanreichen (HT) und die titanarmen (LT) Gruppen der oligozänen Flutbasalte repräsentiert. Es kam jedoch auf der äthiopischen Hochebene sporadisch zur Eruption von in der Zusammensetzung variirenden Magmaserien. Eine dieser vulkanischen Serien setzt sich aus den, in einer kurzen Zeitspanne ausgetretenen, Axum post-Trappvulkaniten zusammen, eines geochemisch komplexen und lithologisch differierenden Teils der nordwestlichen äthiopischen Flutbasalt-Provinz. Nach dem Höhepunkt der äthiopischen Flutbasalteruption konzentrierte sich die magmatische Aktivität hauptsächlich auf Schildvulkane der Hochebene und auf riftgesteuerte Spaltbasalte am Grund der Afar-Senke. Zur Zeit beschränken sich die vulkanischen Aktivitäten komplett auf die axialen Bereiche der Afar-Senke, welche die letzte Phase des Afar-Manteldiapirs darstellen. Alle vorhandenen Spurenelementdaten und Isotopenuntersuchungen zeigen, dass sowohl die Plateaubasalte (Ti-reich) des Diapirkopfes, wie auch die axialen Basalte des Diapirendes eine nicht unterscheidbare Quellregion (OIB-Typ) besitzen, welche von der abgereicherten Mantelquelle abweicht. Die Konzentration der sehr inkompatiblen Elemente kann jedoch zwischen den einzelnen basaltischen Abfolgen variieren, was auf einen Wechsel im Aufschmelzungsgrad und -tiefe der Quellregion hinweist. Andererseits zeigen tektonische und geophysikalische Untersuchungen, dass die Afar-Senke zu den reinen Ozeankrusten-Typen gehört. Die Krustendicke der nördlichen Afar-Senke geht nicht über 15 km hinaus, die Spreizungs-Geschwindigkeit entlang der aktiven Erta´Ale Senke beträgt ca. 12 mm/Jahr/100 km. Es liegt auf der Hand, daß der Boden der nördlichen Afar-Senke ein ozeanischer ist, da seine Ausdehnungsraten denen des Roten Meeres und des Golfs von Aden enstpricht. Allerdings bestätigen die geochemischen Ergebnisse, dass der Magmatismus immer noch aus dem Rest des Afar-Manteldiapirs resultiert.
Abstract
(Englisch)
The Ethio-Afar mantle plume is one of the youngest plume structures on earth that continually pours significant amounts of magmatic products to the surface of the earth for the last 30 Ma or more and reshaping the sublithospheric crust of east Africa. As a result of the complex geodynamic nature of the region, the petrologic diversity is very significant, the lavas ranging from basanites to tholeiitic basalts and phonolites to trachytes. This thesis presents geochemical and petrographic investigations of 90 volcanic rocks, mainly basaltic, from both the northern Ethiopian flood basalts and northern Afar Depression, the Erta’Ale Range. It also incorporates the kinematic analysis of the northern and central Afar Depression from incipient breakup to seafloor spreading. Rock sampling was performed in two field seasons: the first was in 2007 from the Ethiopian highland volcanic rocks and the second in 2008/09 from the northern Afar Depression axial basalts. Many petrologically distinct volcanic sequences in the northern Ethiopian plateau as well as Afar Depression have been identified. The oldest volcanic rocks of the Afar mantle plume are represented by the high-Ti (HT) and low-Ti (LT) groups of the Oligocene flood basalts. However, compositionally distinct magmatic series have been sporadically erupted in the Ethiopian highlands. One of these volcanic sequences is comprised of the Axum post-trap volcanics, a geochemically complex and lithologically varied part of the northwestern Ethiopian flood basalt province that erupted during a narrow time span. After the peak activity of the Ethiopian flood basalts, magmatic activities were mainly concentrated in the form of shield volcanoes in the plateau area and/or rift triggered fissure basalts in the floor of the Afar Depression. At present, volcanic activities are entirely confined along the axial zones of the Afar Depression representing the last phase of the Afar mantle plume (plume tail). All available trace element data and isotopic investigations show that both the high-Ti plateau basalts (HT2) from the plume head and the axial zone basalts from the plume tail have indistinguishable source regions (OIB-type), which are different from the depleted mantle source. However, the concentrations of the highly incompatible elements vary from one basaltic suite to another, showing a variation in degree and depth of melting of the source region. Structural and geophysical investigations (in the literature), on the other hand, show that the nature of the Afar Depression is purely an oceanic crust-type. Crustal thickness of the northern Afar Depression does not exceed 15 km and spreading rate along the actively expanding Erta’Ale Depression is ~12 mm/yr/100 km. This, obviously, implies that the floor of the northern Afar Depression is oceanic crust, as its spreading rate being analogous to the rates of the Red Sea and Gulf of Aden rifts; on the other hand, geochemical results confirm that magmatism resulted from the tail of the Afar mantle plume.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
Ethiopian flood basalt Afar Depression Erta'Ale Tholeiite Alkaline basalts Axum Tectonics
Schlagwörter
(Deutsch)
Äthiopische Flutbasalte Afar Depression Erta'Ale Tholeiite Alkalische Basalte Axum Tektonik
Autor*innen
Ghidey Miruts Hagos
Haupttitel (Englisch)
Geochemical and petrographic studies of the volcano-tectonic evolution of northern Afar
Hauptuntertitel (Englisch)
implications for the structural setup of the actively expanding Erta'Ale depression
Paralleltitel (Deutsch)
Geochemische und petrografische Untersuchungen der vulkanisch-tektonischen Entwicklung der nördlichen Afar-Region ; Implikationen für den strukturellen Aufbau der sich aktiv ausdehnenden Erta’Ale
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
XII, 239 S. : Ill., graph. Darst., Kt.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Aberra Mogessie ,
Theodoros Ntaflos
Klassifikationen
38 Geowissenschaften > 38.10 Geologie: Allgemeines ,
38 Geowissenschaften > 38.32 Geochemie ,
38 Geowissenschaften > 38.36 Tektonik ,
38 Geowissenschaften > 38.37 Magmatismus, Vulkanologie
AC Nummer
AC08498451
Utheses ID
11459
Studienkennzahl
UA | 091 | 426 | |
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