Pannonian Basin, subduction, upper mantle, water, microstructure, backscattered electron diffraction
Discipline
Mineralogy, Petrology (Council of Complex Environmental Sciences)
80 %
Geology, Tectonics, Vulcanology (Council of Complex Environmental Sciences)
20 %
Panel
Earth sciences 1
Department or equivalent
Kutatási Főosztály (Geological and Geophysical Institute of Hungary)
Starting date
2007-07-01
Closing date
2010-12-31
Funding (in million HUF)
5.524
FTE (full time equivalent)
0.59
state
closed project
Summary in Hungarian
A víz jelenléte rendkívül nagymértékben befolyásolja a felsőköpeny (elsősorban az olivin) deformációját. Víz-gazdag környezetben ugyanis, a felsőköpeny intenzív ”lágyulása” mellett, a száraz felsőköpenyben, kristályplasztikus deformáció során domináló ’a’ siklatási rendszert, a víztartalom, a kőzetfeszültség, valamint a hőmérséklet függvényében, 3 másik siklatási rendszer – a ’b’-, a ’c’- és az ’e’- siklatás váltja fel. Mivel ez utóbbi siklatási rendszerek aktiválódása a sekély felsőköpenyben területileg rendkívül korlátozott, és kizárólag a hidratált köpenyékben képzelhető el, jelenlétük szubdukció során hidratálódott felsőköpeny létének komoly bizonyítékaként szolgál. A projekt során a Pannon-medence nógrád-gömöri, bakony-balaton-felvidéki, kisalföldi és kelet-erdélyi-medencei felsőköpeny zárvány lelőhelyeiről származó xenolitok mikroszerkezeti vizsgálatának segítségével a terület alatti felsőköpeny víztartalmát, illetve a feltétezett egykori köpenyékek jelenlétének vizsgálatát tervezem elvégezni. A vizsgálati eredmények alapján el lehet dönteni egykori szubdukciós környezet tényleges létezését, valamint új, az eddigi geodinamikai vizsgálatok során nem feltárt lehetséges szubdukciós zónák meglétére hívhatja fel a figyelmet. A tervezett munka biztosítja a régió alatti felsőköpeny további mélyreható kutatását, másrészt új megvilágításban ismerhetjük meg a felsőköpenynek a Pannon-medence kialakulásában játszott szerepét.
Summary
The presence of water has severe effect on the deformation of the upper mantle (i.e. olivines). Besides the intensive softening of the upper mantle in water-rich environment, the dominance of the ’a’ slip system during crystalplastic deformation in dry environment is replaced by the activation of three other slip systems: the ’b’-, ‘c’- and ’e’-slip, based on the water content, stress and temperature. Given that the development of the latter slip systems is limited and only occurs within the hydrated mantle wedge, their recognition is a strong evidence for identifying hydrated upper mantle related to subduction. The major goal of the proposed project is to study the water content of the upper mantle and the existence of more hydrated mantle wedges beneath the Pannonian Basin, based on the microstructural analysis of mantle xenoliths derived from Nógrád-Gömör, Bakony—Balaton Highland, Little Hungarian Plain and the Eastern Transylvanian Basin. Based on the results of the proposed research the existence of proposed subduction zones could be supported or rejected, whereas the detection of new so far undiscovered subduction zones mantle domains related to subduction is also possible. On one hand the planned work ensures the profound recognition of the upper mantle beneath the region, whereas the role of the upper mantle in the formation of the Pannonian Basin is envisaged in a completely new aspect.
Final report
Results in Hungarian
A kutatási projekt utolsó szakaszában a 2. évben megkezdett infravörös spektroszkópiai méréseket terjesztettük ki a vizsgált xenolit-lelőhelyek mindegyikére. A méréseket Budapesten végeztük. Ezek a mérések az alábbiakat igazolták:
- a Pannon-medence központi területei alatt a köpenylitoszféra mélyebb régióiban a névlegesen vízmentes ásványfázisokban magasabb a vízkoncentráció, mint az azonos terület sekély köpenylitoszféra zárványaiban.
Az utolsó fázisban 3 éves kutatási adatok összesítése, egységes adatbázisba foglalása illetve egy előzetes sebességtér-modell továbbá egy geodinamikai modell megalkotása volt a fő feladat. Ezek az eredmények jelentős részben publikálásra kerültek, vagy publikálás alatt vannak. Az OTKA-projekt vizsgálatai alapján megállapítható, hogy a Pannon-medence kialakulásával kapcsolatosan korábban elfogadott „lemez hátrálásos” (subduction roll-back) modell felülvizsgálata időszerű, mivel mind a deformációs jellegben megfigyelt szabályszerű változások, mind a xenolitok víztartalma ellent mond a hátrálásos elméletnek. A kutatási eredmények feltételezik az alpi térségből a kollízió következtében kiáramló asztenoszféra anyag lényeges szerepét a Pannon-medence kialakulásában.
Results in English
In the final period of the research project, we have continued the infrared spectroscopy measurements on the selected mantle xenoliths. We have extended the measurements to all studied xenolith locations. The measurements were carried out in Budapest and show the followings:
- Xenoliths from the deep subcontinental mantle lithosphere have higher water content than those from the shallow upper mantle in the same xenolith locations.
Furthermore, the main task of the final project phase was to summarize the data in a unified database gathered during the 3 years of research. Moreover, a preliminary velocity-field model and geodynamic model was also developed. Most of the results have been published or are in the process of publishing. As the main results of the research project we have to state that the recently expected "subduction roll-back" model should be revised, because the trends observed in the deformation patterns and the water content in the subcontinental mantle lithosphere contradict with the roll-back model. Our results imply that the asthenosphere "escaping" from the alpine collision zone should have played a dominant role in the formation of the Pannonian Basin
György Falus, Andrea Tommasi, Jannick Ingrin, Csaba Szabó: Deformation and seismic anisotropy of the lithospheric mantle in the southeastern Carpathians inferred from the study of mantle xenoliths., Earth and Planetary Science Letters, 2008
Falus György, Andrea Tommasi, Szabó Csaba: Betekintés a felső köpenyben zajló deformáció részleteibe visszaszórtelektron-diffrakciós vizsgálati módszer alkalmazásával., Konferenciakiadvány, TÉLI ÁSVÁNYTUDOMÁNYI ISKOLA, 2008. január 18-19, 2008
Andrea Tommasi & György Falus: Deformation and seismic anisotropy of the lithospheric mantle xenoliths of the Carpathians-Pannonian Region, Konferenciakiadvány, PETROLOGY OF THE LITHOSPHERE IN EXTENSIONAL SETTINGS, EURopean Intensive Seminars of Petrology,2008. augusztus 21-31, 2008
Falus Gy., Kovács I., Hidas K., Szabó Cs.: Water in xenoliths from the lithospheric mantle of the Carpathian-Pannonian region: implications for a subduction imprint?, Goldschmidt Conference Abstracts 2009, 2009
G. Falus and A Tommasi: How dynamic recrystallization affects olivine crystal preferred orientations, Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, EGU2009-8914, 2009
Posgay K., Falus Gy., Kovács I., Kovács A. Cs., Bodoky T., Hegedűs E.: A Tisza nagyszerkezeti egység takaróinak litoszféra méretű vázlata., Acta Mineralogica-Petrographica, Szeged, 2009
Yang K., Hidas K. ; Falus Gy., Szabo Cs., Nam B., Kovacs I., Hwang B.: Relation between deformation and metasomatism in spinel peridotite xenoliths of Jeju Island (South Korea): evidence from trace elements and olivine CPO., Journal of Geodynamics, 2010
Falus Gy., Tommasi A.: The effect of dynamic recrystallization on olivine crystal preferred orientations in mantle xenoliths from the SE-Carpathians., Journal of Structural Geology (submitted), 2010
Oeberseder T, Behm M., Kovács I., Falus G.: A seismic discontinuity in the upper mantle between the Eastern Alps and the Western Carpathians: Constraints from wide angle reflections and geological implications, Tectonophysics (submitted), 2010
Kovács I., Falus Gy., Hidas K., Szabó Cs., Hegedűs E., Posgay K., Flower M. F. J., Zilahi-Sebess L: Seismic anisotropy and deformation patterns in upper mantle xenoliths from the central Carpathian-Pannonian region: indications for a collision driven asthenospheric flow?, Tectonophysics (submitted), 2010
Kovács I., Falus Gy., Hidas K., Szabó Cs., Ingrin J.: Water concentrations in the lithosphere from three different tectonic settings of the Carpathian-Pannonian region., IMA2010, August 23-27, Budapest, 2010
Kovács I., Hidas K., Dégi J., Ingrin J., Hermann J., Falus Gy.: Towards a protocol for quantitative micro-FTIR measurements of water in the nominally anhydrous minerals of the upper mantle, IMA2010, August 23-27, Budapest, 2010
Kovács I., Falus Gy., Hidas K., Szabó Cs., Hegedűs E., Posgay K., Zilahi-Sebess L.: Seismic anisotropy and deformation patterns in upper mantle xenoliths from the central Carpathian-Pannonian region: indications for a collision driven asthenospheric flow?, CBGA2010, September 23-26, Thessaloniki, 2010
