Riassunto analitico
Questa tesi rappresenta il risultato di tre anni di lavoro su campioni provenienti dalla regione dell'Afar (Etiopia), esempio unico al mondo d'interazione tra un punto caldo e un rifting continentale evoluto, prossimo all'oceanizzazione.
La presenza di un punto caldo in questa regione è da sempre considerata come una delle cause principali dell'innesco delle dinamiche di rifting che hanno portato alla fratturazione della placca africana, ma la sua persistenza attuale al di sotto dell'Afar è ancora causa di dibattito.
Lo scopo principale di questo lavoro è stato quello di identificare le sorgenti magmatiche alla base del moderno magmatismo Afar, quantificarne e modellarne gli apporti e determinare come esse si siano evolute nel tempo, basandosi su dati geochimici (elementi maggiori, tracce ed isotopi).
Il confronto tra basalti quaternari e oligocenici, legati all'impatto della testa del Plume Afar, è, infatti, di fondamentale importanza sia per capire questa evoluzione, sia per definire la persistenza del punto caldo come sorgente magmatica negli ultimi milioni di anni.
I dati degli elementi maggiori, in tracce e i rapporti isotopici sono stati ottenuti tramite fluorescenza a raggi X (XRF), sonda elettronica (EMP), spettrometria di massa (ICPMS) e ablazione laser (LA – ICPMS), presso il Centro Interdipartimentale Grandi Strumenti dell'Università di Modena e Reggio Emilia, l'Università di Leoben e l' UMR Domaines Oceaniques di Brest.
Tali dati hanno permesso di delineare con precisione le caratteristiche dei moderni basalti eruttati nell'Afar settentrionale e nella regione di Asal, delineando una zonazione del segnale del plume e la sua decrescita allontanandosi dall'Erta Ale Range, suo probabile centro petrologico attuale.
Il riconoscimento di un'impronta arricchita nelle lave esaminate significa che, nonostante l'instaurarsi di un setting geologico prossimo ad una dorsale oceanica, caratterizzato da una forte risalita di astenosfera parzialmente fusa adiabaticamente, e la mancanza di una chiara struttura di plume al di sotto del rift, l'apporto principale di fusi è legato ancora a processi relativamente profondi (> 80 km). Ciò è testimoniato dagli arricchimenti in elementi in tracce e dai rapporti isotopici misurati, incompatibili con una semplice genesi da un mantello impoverito.
I dati geochimici presentati in questo lavoro riflettono parzialmente l'evoluzione dello scenario geologico regionale:
delineano un cambiamento non solo dei contributi dei diversi domini del mantello coinvolti, ma anche un'eterogeneità interna al Plume Afar, la cui composizione attuale differisce dalla porzione sommitale all'origine dei voluminosi spandimenti basaltici Oligocenici.
Tale differenza, probabilmente legata all'esaurimento di una componente di tipo Enriched Mantle II (EM2) presente nella testa del plume, si manifesta tramite un calo dei rapporti 87Sr/86Sr, in minori arricchimenti assoluti di elementi in tracce e con l'assenza di volumi eclogitici e pirossenitici nella sorgente dei magmi, a testimonianza di una maggiore omogeneità del plume e di una natura prevalentemente peridotitica del materiale primitivo attualmente sotto l'Afar.
L'aumento dei rapporti 206Pb/204Pb e 207Pb/204Pb nel tempo sembra inoltre delineare la presenza di una minoritaria frazione con caratteristiche HIMU (HI-µ, cioè evoluto con alti rapporti U/Pb) assente o parzialmente mascherata in passato, probabilmente intrinseca al plume stesso e non legata ad interazioni con la litosfera residuale.
Con i dati ottenuti è stato possibile elaborare un modello geochimico in grado sia di rappresentare efficacemente il mixing tra i fusi generati dai vari reservoirs coinvolti, sia di tracciare il mutamento composizionale del plume nel corso del tempo.
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Abstract
The Afar is the place to investigate both the evolution of the lithosphere from continental break to incipient seafloor spreading and the interaction between rifting processes and a mantle plume.
The plume has been evoked as one of the main factors involved in the development of the Afar, but its persistence beneath the depression is still a matter of debate. Recent studies have shown the lack of a well-developed plume structure beneath the Afar, thus suggesting its partial exhaustion. Geophysical investigations hint at an uppermost mantle dominated by broad asthenospheric upwelling affected by decompression melting, feeding the magma chambers stored within both the crust and mantle, and the Afar plume magmatism. However, modern basalts erupted along the northern Afar show a strong enrichment in incompatible and trace elements that partially disagree with a shallow depleted mantle reservoir.
Recent geochemical analyses indicate that part of the mantle melting process, still occurs at greater depths (> 80 km) and several authors suggest the presence of focused diapiric upwelling, which probably enhances the melting at greater depths.
EMPA, HR-ICP-MS and LA-ICP-MS were used to investigate the chemical and isotopic composition of modern lavas from the Erta Ale Chain and the Asal region.
The plume markers are recognizable but with less intensity compared to the Oligocene High Ti lavas, according to the lower activity of the Afar hot spot.
Geochemical data obtained in this work partially reflect the evolution of the regional geological setting, outlining both the temporal change of mantle reservoir contributions and the heterogeneity between the head and plume tail.
This difference is due to the exhaustion of an Enriched Mantle II (EM2) component incorporated in the plume head, with production of lower 87Sr/86Sr and trace element ratios in the modern basalts compared with the oldest lava suites.
The increasing of 206Pb/204Pb ratios through time suggests the presence of an HIMU – like component (HI-µ, high U/Pb evolved source), absent during the past and therefore probably an intrinsic characteristic of the deep part of the plume, not related to the interaction between the rising melts and the residual lithosphere.
We elaborated a numerical model that predicts the composition of the axial basalts and the evolution of the plume through time through the mixing of melts obtained by melting of theoretical mantle reservoirs
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