Plagioclase of Hawaiian tholeiitic and alkalic magma parentages: distinctions based on REE, Sr, Ba, Hf, and Ta

Summary ?To enhance the ability to distinguish tholeiitic from alkalic magma parentages by mineral compositions, I determined trace-element abundances in plagioclase separated from xenolithic gabbros of Mauna Kea volcano. These gabbros have origins in tholeiitic and alkalic magmas of the Hamakua postshield stage of Mauna Kea volcanism. Chondrite-normalized rare-earth element (REE) patterns for plagioclase show that highly calcic plagioclase, ≥ An₇₈, from alkalic magma has greater light-REE/heavy-REE (LREE/HREE) ratios than less calcic plagioclase, An_64–75, from tholeiitic magma (ratios, 22–33 vs < 20), suggesting that higher LREE/HREE ratios are inherent to plagioclase of alkalic magmas. However, with compositional evolution (i.e., to lower An), plagioclase REE patterns are of limited use for distinguishing tholeiitic from alkalic parentage because LREE/HREE ratios within each group increase and overlap in the range of ∼ 20–90. Sr, Ba, Hf, and Ta can also discern parentages as their abundances in plagioclase largely reflect abundances inherent to their parental magmas. The best expressions for identifying parentage use Sr abundances (Sr vs An; vs Ce/Yb; vs Sr/Ce), although Hf, Ba, and Ta abundances vs An and vs Ce/Yb are also useful – the distinctions due to tholeiitic plagioclase having relatively low Sr (∼ 500–1000 ppm), Ba (< 100 ppm), Hf (< 0.10 ppm), and Ta (< 0.05 ppm). These relationships help to distinguish between the effects of differentiation on trace-element abundances in plagioclase and their abundances owed to intrinsic concentrations in their magmas. They create compositional fields for tholeiitic and alkalic parentages that remain graphically separated even though differentiation may have enriched the plagioclase in incompatible elements.

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Zusammenfassung ?Plagioklas aus tholeitischen und alkalischen Magmen von Hawaii: Unterscheidung aufgrund von REE, Sr, Ba, Hf und Ta Um die M?glichkeit der Unterscheidung tholeitischer von alkalischer Magmaherkunft durch Mineralzusammensetzungen zu verbessern, habe ich die Spurenelementverteilung in Plagioklasen, die von xenolithischen Gabbros des Mauna Kea Vulkans abgetrennt wurden, untersucht, Diese Gabbros entstammen tholeitischen und alkalischen Magmen des Hamakua “Post-Schild” Stadiums des Mauna Kea Vulkanismus. Chondritisch normalisierte Seltene Erd (SEE) Verteilungs-Muster für Plagioklase zeigen, dass stark kalzische Plagioklase, > An₇₈, aus alkalischen Magmen h?here leichte SEE/schwere SEE (LSEE/HSEE) Verh?ltnisse zeigen, als weniger kalzische Plagioklase, An_64–75 aus tholeitischem Magma (Verh?ltniszahlen 22–33 gegenüber < 20). Dies weist darauf hin, dass h?here LSEE/HSEE-Verh?ltnisse typisch für Plagioklase aus alkalischen Magmen sind. Im Zuge der Evolution der Zusammensetzungen (d.h. zu niedrigeren An-Werten hin), sind die SEE Verteilungsmuster von Plagioklasen weniger hilfreich um tholeitische von alkalischer Herkunft zu unterscheiden. Dies ist deshalb so, weil die Verh?ltniszahlen innerhalb jeder Gruppe zunehmen und im Bereich von 20–90 überlappen. Sr, Ba, Hf und Ta k?nnen auch dazu dienen, um die Herkunft der Plagioklase zu definieren, da ihre H?ufigkeit gro?teils auf H?ufigkeiten, die für die Ursprungsmagmen typisch sind, zurückgehen. Die besten Herkunft-Parameter sind die Sr H?ufigkeiten (Sr vs An; vs Ce/Yb; vs Sr/Ce), obwohl die H?ufigkeit von Hf, Ba und Ta gegen An und gegen Ce/Yb auch nützlich sind. Diese Unterscheidungen gehen darauf zurück, dass tholeitische Plagioklase relativ niedrige Sr (∼ 500–1000 ppm), Ba (< 500 ppm) Hf (< 0.10 ppm) und Ta (< 0.5 ppm) führen. Diese Beziehungen erleichtern die Unterscheidung zwischen den Auswirkungen der Differenzierung auf die Spurenelement-Verteilungsmuster in Plagioklasen und auf ihre H?ufigkeiten, die auf die intrisischen Konzentrationen in den Ursprungsmagmen zurückgehen. Sie definieren charakteristische Felder für tholeitische und für alkalische Herkunft, die graphisch separiert bleiben, auch wenn die Gehalte der Plagioklase an inkompatiblen Elementen durch Differenzierung zugenommen haben mag.

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Received July 22, 1999;revised version accepted December 7, 1999