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Das Thema dieser Arbeit war die Untersuchung der natürlichen Variationen von den zwei primordialen Uranisotopen (238U und 235U) mit einem Schwerpunkt auf Proben, die (1) die kontinentale Kruste und ihre Verwitterungsprodukte (d.h. Granite, Shales und Flusswasser) repräsentieren, (2) Produkte der hydrothermalen Alteration vom mittelozeanischen Rücken widerspiegeln (d.h. alterierte Basalte, Karbonatgänge und hydrothermales Wasser) und (3) aus abgegrenzten euxinischen Becken (d.h. Proben aus der Wassersäule und den dazugehörigen Sedimenten) stammen. Das allgemeine Ziel war das Verständnis, unter welchen Bedingungen und Mechanismen eine Fraktionierung der zwei häufigsten Uranisotope (238U und 235U) in der Natur erfolgt, zu verbessern. Die untersuchten Haupt- und Nebenflüsse unterscheiden sich sowohl in Ihrer Urankonzentration (c(U)) als auch in Ihrer Uranisotopenzusammensetzung (δ238U), wobei die Nebenflüsse eine geringere Urankonzentration (0.87 nmol/kg bis 3.08 nmol/kg) und eine schwerere Uranisotopenzusammensetzung aufweisen (-0.29 ‰ bis +0.01 ‰ im δ238U) im Vergleich zu den Hauptflüssen (c(U) = 5.19 nmol/kg bis 11.69 nmol/kg und d238U = -0.31 ‰ bis +0.13 ‰) aufweisen. Die untersuchten Gesteinsproben fallen alle in einen recht schmalen Bereich von δ238U, zwischen -0.45 ‰ und -0.21 ‰, mit einem Durchschnittswert von -0.30 ‰ ± 0.04 ‰ (doppelte Standardabweichung). Deren Uranisotopenvariationen sind unabhängig von der Urankonzentration (11.8 µg/g bis 1.3 µg/g), dem Alter (3.80 Ga bis 328 Ma), der Probenlokalität und Grad der Differenzierung. Basierend auf den Ergebnissen der Hauptflüsse, die die Uranhauptquelle für den Ozean darstellen, schlagen wir für zukünftige Berechnungen in der Massenbilanz des Urans einen neuen Wert als beste Abschätzung für die Quelle des Urans im Ozean vor, δ238U = -0.23 ‰. Die Produkte der hydrothermalen Alteration, alterierte Basalte und Kalziumkarbonatgänge, zeigten etwas stärkere Isotopenvariationen (δ238U zwischen -0.63 ‰ und +0.27 ‰) als erwartet und die hydrothermalen Fluide wiesen eine etwas leichtere Uranisotopenzusammensetzung als Meerwasser ((-0.43 ± 0.25) ‰ vs. (-0.37 ± 0.03) ‰) auf. Diese Ergebnisse sind in Übereinstimmung mit einem Modell, dass annimmt, dass die beobachtete Isotopenfraktionierung hauptsächlich ein Ergebnis von Redoxprozessen ist, z.B. die partielle Reduktion von löslichem UVI aus dem Meerwasser während der hydrothermalen Alteration, was zu einer Anreicherung der schweren Uranisotope in der reduzierten Uranspezies (UIV) führt und 2) das bevorzugte Entfernen von UIV aus den hydrothermalen Fluid und der Einbau in die alterierte ozeanische Kruste. Durch diesen Prozess wird das hydrothermale Fluid an schweren Uranisotopen verarmt und somit würden auch die alterierten Basalte und Karbonate ein niedriges δ238U aufweisen, wenn sie mit dem isotopisch leichten hydrothermalen Fluid in Kontakt gekommen sind. Die Untersuchung von Wasser- und Sedimentproben aus der Ostsee und dem anoxischen Kyllaren Fjord (Norwegen) auf deren Uran- und Mo-Isotopenzusammensetzung zeigte, dass die Uranisotopenzusammensetzung der Sedimente abhängt von (1) dem Ausmaß des Uranaustrags aus der Wassersäule (in einer ähnlichen Art und Weise wie bei den Molybdänisotopen) und (2) der Sedimentationsrate, d.h. der Fraktion von authigenem- relativ zum dedritischen Uran in den Sedimenten. Aufgrund der hohen Sedimentationsrate zeigen die Sedimente aus dem Kyllaren Fjord nur eine moderate authigene Urananreicherung und eine leichtere Uranisotopenzusammensetzung als Sedimente aus dem Schwarzen Meer. In den anoxischen Becken der Ostsee erfolgt dagegen eine starke Mo- und schwache U-Isotopenfraktionierung zwischen Wasser und Sediment. Durch die regelmäßigen auftretenden Spülereignisse mit sauerstoffreichem Wasser wurden vermutlich die ursprünglichen anoxischen Mo- und U-Isotopensignaturen der Sedimente verändert. Demzufolge müssen die Sedimente durchgehend anoxischen Bedingungen ausgesetzt sein, um eine Mo- und U-Isotopensignatur von den Redoxbedingungen während der Ablagerungen zu speichern. Der Vergleich zwischen Molybdän- und Uranisotopen in der Ostsee und dem anoxischen Kyllaren Fjord zeigte, dass sich Uran- und Molybdänisotope in stark euxinischen Wassersäulen (c(H2S) > 11 µmol/L) entgegengesetzt verhalten. Dementsprechend ergänzen sich die beiden Isotopensysteme und können genutzt werden, um die Ablagerungsbedingungen in abgeschlossenen Becken und die Redoxentwicklung des Paläoozeans zu untersuchen.

In dieser Arbeit werden Schmelz- und Anreicherungsprozesse des Erdmantels, sowie Kristallisationsereignisse der Erdkruste zweier ausgewählter Gebiete in Namibia und Spanien mithilfe geochemischer Methoden rekonstruiert und in einen zeitlichen Zusammenhang gebracht. Ein Vergleich der gewonnenen Ergebnisse beider Kompartimente soll dabei weitere Informationen liefern inwieweit Prozesse des Erdmantels und der Erdkruste miteinander verknüpft waren. Insbesondere soll ein weitere Beitrag zur aktuellen Diskussion geliefert werden, bei der sich das sogenannte „pulsed growth“ und „steady accumulation“ Modell gegenüberstehen (siehe Zusammenstellung Pearson et al., 2007). Zudem tragen die neu gewonnenen Daten dazu bei, die regionalen geologischen Gegebenheiten im besonderen Hinblick auf die geotektonische Geschichte besser zu verstehen. Das Gibeon Kimberlit Feld befindet sich in der tektonischen Einheit des Rehoboth Terranes in Namibia und ist gekennzeichnet von Vulkanismus vor etwa 72.5 Ma (Davies et al., 2001), der Granat Peridotite und krustale Xenolithe mit an die Oberfläche beförderte. Eine klare Einordnung des Rehoboth Terranes in die Gesamtheit des Süd Afrikanischen Plattenverbunds ist noch nicht vollständig geklärt. Die Südöstliche vulkanische Provinz in Spanien (SEVP) mit besonderem Hinblick auf die Region um Casas de Tallante stellt das zweite Probengebiet für diese Arbeit dar. Vor etwa 2.6 Ma (Bellon et al., 1983) kam es zur Extrusion von alkali-basaltischen Schmelzen, die zahlreiche Spinell / Plagioklas Peridotite mit sich brachten. Tufflagen, sowie die Matrix der Basalte ermöglichen einen Einblick in die untere Kruste der Region. Untersuchungen der Erdmantelproben aus Namibia auf ihre Haupt- und Spurenelementchemie, sowie Lu-Hf und Sm-Nd Isotopie zeigten, dass zwei verschiedene Manteltypen vorliegen („N“ und „σ“ Typ), die zu einem Zeitpunkt um etwa 850 Ma („N“) und 1.9 Ga („σ“) angereichert wurden. Eine letzte Anreicherung beider Typen fand vermutlich während der Pan–Afrikanischen Orogenese um etwa 450 Ma statt. Die Reinterpretation eines zuvor publizierten Datensatzes (Pearson et al., 2004), suggeriert, dass es zu einer ersten Verarmung der σ Peridotite um etwa 2.9 Ga kam. Untersuchungen der U-Pb und Hf Isotopie an Zirkonen aus der unteren Kruste des Probengebiets in Namibia ergaben, dass es zur Bildung von juvenilem Krustenmaterial vermutlich bereits im Archaikum kam (wie bereits vorgeschlagen durch z.B. Hoal et al., 1995; Franz et al., 1996), sowie in den Zeiträumen von 2.3 bis 2.7 und 1.5 bis 1.6 Ga, mit jeweils anschließendem krustalem Recycling und Krustenmischung. Eine Übereinstimmung von Mantel- und Krustenevents konnte für die Zeiträume von etwa 1.8, 0.8 - 0.9 Ga und 0.4 – 0.5 Ga gefunden werden. Eine mögliche erste Verarmung des σ Mantels wird bestätigt durch Zirkonalter im Bereich von 2.7 bis 2.9 Ga. Die Analyse ausgewählter Spinell / Plagioklas Peridotite aus der SEVP, ergaben, dass ein heterogener Mantel mit mindestens 3 verschiedenen Typen vorliegt. Eine Korrelation der Lu-Hf Isotopie von 3 Proben dieses Probensatzes, sowie den Hf Isotopien einer weiteren Probe von Bianchini et al. (2011) suggerieren, dass es eventuell zu einem Verarmungsereignis zu einem Zeitpunkt von etwa 550 Ma kam. Sr Isotopien von Klinopyroxenen und Plagioklasen im Vergleich ergaben, dass die Sr Isotopie der Plagioklase, im Gegensatz zu den Klinopyroxenen, von denen der Alkali Basalte überprägt wurden. Zirkonanalysen aus Lokalitäten innerhalb der SEVP (U-Pb, Hf) ergaben ein weitreichendes Altersspektrum, beginnend bei etwa 2-3 Ma bis hin ins Archaikum (2.7 bis 2.9 Ga) mit Provenance Ursprung aus Gondwana und dem Arabisch-Nubischen Schild. Die Kombination der U-Pb Altersinformationen mit den entsprechenden Hf Isotopien, zeigten, dass es vermutlich bereits im Archaikum zu juveniler Krustenbildung kam. Zirkone > 100 µm datieren den Zeitpunkt der Eruption der Alkali Basalte mit Altern um etwa 2.6 Ma und Hf Isotopien, die einem leicht verarmten Mantel entsprechen. Ein mögliches Verarmungsereignis im Erdmantel zu einem Zeitpunkt von etwa 550 Ma, ist im Einklang mit Krustenrecycling zu selbigem Zeitpunkt. Die neugewonnenen Daten dieser Arbeit unterstützten das „pulsed growth“ Modell. Literatur Bellon, H., Bordet, P. and Montenat, C., 1983. Chronology of the Neogene Magmatism from Betic Ranges (Southern Spain). Bulletin De La Societe Geologique De France, 25(2): 205-217. Bianchini, G., Beccaluva, L., Nowell, G.M., Pearson, D.G. and Siena, F., 2011. Mantle xenoliths from Tallante (Betic Cordillera): Insights into the multi-stage evolution of the south Iberian lithosphere. Lithos, 124(3-4): 308-318. Davies, G.R., Spriggs, A.J. and Nixon, P.H., 2001. A non-cognate origin for the Gibeon kimberlite megacryst suite, Namibia: Implications for the origin of Namibian kimberlites. Journal of Petrology, 42(1): 159-172. Franz, L., Brey, G.P. and Okrusch, M., 1996b. Steady state geotherm, thermal disturbances, and tectonic development of the lower lithosphere underneath the Gibeon Kimberlite Province, Namibia. Contributions to Mineralogy and Petrology, 126(1-2): 181-198. Hoal, B.G., Hoal, K.E.O., Boyd, F.R. and Pearson, D.G., 1995. Age constraints on crustal and mantle lithosphere beneath the Gibeon kimberlite field, Namibia. South African Journal of Geology, 98(2): 112-118. Pearson, D.G., Irvine, G.J., Ionov, D.A., Boyd, F.R. and Dreibus, G.E., 2004. Re-Os isotope systematics and platinum group element fractionation during mantle melt extraction: a study of massif and xenolith peridotite suites. Chemical Geology, 208(1-4): 29-59. Pearson, D.G., Parman, S.W. and Nowell, G.M., 2007. A link between large mantle melting events and continent growth seen in osmium isotopes. Nature, 449(7159): 202-205.

Concerning the Bulk Silicate Earth (BSE), the depleted mantle and the continental crust are thought to balance the budget of refractory and lithophile elements, resulting in complementary trace element patterns. However, the two high field strength elements (HFSE) Niob and Tantal appear to contradict this mass balance. All reservoirs of the silicate Earth exhibit subchondritic Nb/Ta ratios, possibly as a result of Nb depletion. The two HFSE Zr and Hf on the other hand seem not to be fractionated between the silicate reservoirs. They show more or less chondritic Zr/Hf ratios. In this study a series of orogenic eclogites from different localities was analyzed to determine their HFSE concentrations and to contribute to the question if eclogites could form a hidden reservoir to account for the mass imbalance of the BSE. The results show that the orogenic eclogites have subchondritic Nb/Ta ratios and near chondritic Zr/Hf ratios. The investigated eclogites show no fractionation of Nb/Ta ratios and no enrichment of Nb compared to e.g. MOR-basalts, the likely precursor of these rocks. With an average Nb/Ta ratio of 14.9 these eclogites could not balance the differences between BSE and chondrite. Additionally, with an average Nb/Ta ≈ MORB they also cannot balance the small differences in the Nb/Ta of the crust and the mantle. LA-ICPMS analyses of rutiles in these eclogites reveal a zonation of Nb/Ta ratios in this mineral, with rutile cores having higher Nb/Ta than rutile rims. As a consequence, Laser Ablation data of rutiles have to be evaluated carefully and cannot necessarily reflect a bulk rock Nb and Ta composition, although over 90% of these elements reside in rutile.