uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Behaviour of Boron Isotopes During Magmatic Degassing and Application to B-Rich Volcanic Glassfrom Lesbos, Greece
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences.
2017 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Borisotopers beteende under magmatiskavgasning och deras applikationer på B-rikt,vulkaniskt glas från Lesbos i Grekland (Swedish)
Abstract [en]

Boron is a fluid mobile trace element and is routinely employed as a tracer of slab-derived fluids in subduction zones since the heavy isotope (11B) preferentially partitions into the fluid phase during slab dehydration. However, it has been shown experimentally that boron isotopes (expressed as δ11B) can fractionate by up to several permil (‰) during subsequent magmatic evolution and degassing at high temperature, calling into doubt the fidelity of boron isotopes in volcanic glass as accurate tracers of slab degassing. In order to test for isotopic fractionation during magmatic degassing in a well-constrained natural case and to further elucidate isotope fractionation during pre-eruptive magma storage and degassing in the shallow crust, we carried out Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) analyses of boron-rich rhyolitic glass from a post-subduction extensional setting at Lesbos Island, Greece. Analytical points were set as traverses from bubbles into the surrounding glass in order to test for changes in δ11B values during volatile exsolution. The glass records pre-eruptive magma storage at ~93 MPa and 800-850oC, and an average water content of 3.4 wt.% (FTIR). This water content is very close to the water calculated to be soluble in the final pre-eruptive melt, indicating that pre-eruptive degassing during final ascent and eruption was minor. With respect to its boron content and δ11B value, the glass is statistically homogeneous at the 2σ level, although minor heterogeneity can be observed at the 1σ level. The average boron concentration and δ11B of the volcanic glass is ~102 μg/g (n=60 SIMS, n=1 PGNAA) and -4.31‰ (n=60 SIMS, n=2 MC-ICP-MS), respectively. Our data imply that boron isotopes undergo no detectable fractionation beyond 2σ uncertainty during degassing at magmatic temperatures in rhyolitic systems. This finding allows us to reconstruct the Lesbos magma’s δ11B values at its final holding stage prior to eruption. We interpret the data to indicate a slab fluid input, as the analysed glass has slightly heavier δ11B values and significantly elevated B/Ce ratio (0.66) than depleted mantle (δ11B = -7.1 ±0.9‰, B/Ce = 0.10). Therefore, during closed system magmatic evolution, δ11B values in volcanic glass may reliably record the δ11B values of undegassed magma, and may thus be useful for investigation of subduction fluids in arcs.

Abstract [sv]

Bor är ett väldigt mobilt spårämne, särskilt i vätskefas och nyttjas därför ofta som en indikator för subduktion samt de magmatiska och hydrotermala vätskorna kopplade till dessa tektoniska miljöer. Detta då den tyngre isotopen av bor (11B) föredrar att partitionera sig i vätskefasen. Men det har visats experimentellt att isotoper av bor (uttrycks δ11B) kan fraktionera upp till flera ppm (parts per million, miljondelar, uttrycks ‰) under magmatisk utveckling med frigörande av gaser vid hög temperatur. Detta innebär att användandet av borisotoper i vulkaniskt glas har ifrågasatts som en pålitlig och sanningsenlig metod för att mäta ”avgasning” från tektoniska plattor som genomgår subduktion. Därför har vi valt att testa isotopfraktionering under magmatiska avgasning i tydligt definierad och kontrollerad naturlig miljö. Detta genom att nyttja masspektrometri av typen SIMS på bor-rikt, vulkaniskt glas av ryolit. Dessa prover kommer från en postsubduktion och extensionstekonisk miljö, ön Lesbos i Grekland. Detta för att klargöra isotopfraktioneringsbeteendet för bor innan och under avgasning hos ett ytligt magmaförvar. Det undersökta vulkaniska glaset klassificeras som obsidian och innehåller mindre vesiklar samt perlitiska ringtexturer. Det består av ~95% vulkaniskt glas, ~5% större kristaller av plagioklas, Fe-Ti oxider samt biotit samt mindre kristaller av zirkon och apatit. Prov Le-9 och dess vulkaniska glas har ett medelvärde av SiO2 på 70.4 wt. % samt K2O-halt av 6.7 wt. % (n=107), vilket gör att den klassas som en ryolit med hög kaliumhalt. I vår studie användes analyspunkter i form av traverser från bubblor in till det omringande vulkaniska glaset för att testa för förändringar i δ11B under avgasning av volatila gaser. Det vulkaniska glaset visar att magman före eruption förvarades vid ~93 MPa, 800-850oC temperatur samt en medelvattenkvot på 3.4 wt. %, beräknats genom Fourier tranformationer med infraröd spektroskopi (FTIR). Vattenkvoten är väldigt nära den beräknade vattenkvoten som var lösbar i en pre-eruptiv ryolitsmälta, vilket indikerar att avgasning före utbrottet och under transport i jordskorpan var liten. Borhalten och isotopvariationer för bor (δ11B), i det vulkaniska glaset visar en homogen population med sett över två standardavvikelser (2σ), med mindre deviationer för en standardavvikelse (1σ). Medelkoncentrationen av bor och δ11B-värdet för proverna är ~102 μg/g (n=60 SIMS, n=1 PGNAA) samt -4.31‰ (n=60 SIMS, n=2 MC-ICP-MS). Våra resultat innebär att de olika borisotoperna varierar inte märkbart i fraktionering efter 2 standardavvikelser (2σ) vid avgasning för magmatiska temperarturer i felsiska system. Detta resultat ger oss möjligheten att återskapa δ11B-värden för Lesbos magma före utbrott. Vi har därför funnit bevis för att det fanns en subduktionskomponent med tillhörande vätskor, då analyserade vulkaniskt glas innehåller högre δ11B-värden, höga B/Ce-halter (0.66) vid jämförelse med värden för den utarmade manteln (δ11B = -7.1 ±0.9‰, B/Ce = 0.10). Detta innebär att i ett slutet magmatiskt system kan vulkaniskt glas pålitligt bevara δ11B-värden för icke-avgasad magma, vilket är mycket användbart i forskningen kring vätskor i subduktionszoner.

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , 59 p.
Series
Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, ISSN 1650-6553 ; 404
Keyword [en]
boron isotopes, volcanic glass, SIMS, magmatic degassing, Lesbos Island
Keyword [sv]
borisotoper, vulkaniskt glas, SIMS, magmatisk avgasning, Lesbos
National Category
Geochemistry Geology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-325146OAI: oai:DiVA.org:uu-325146DiVA: diva2:1113302
Educational program
Master Programme in Earth Science
Presentation
2017-05-31, Norrland I, Geocentrum, Villavägen 16, Uppsala, 10:00 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-06-22 Created: 2017-06-21 Last updated: 2017-06-22Bibliographically approved

Open Access in DiVA

The full text will be freely available from 2018-11-17 17:00
Available from 2018-11-17 17:00

By organisation
Department of Earth Sciences
GeochemistryGeology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 283 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf