High-field-strength elements in Javanese arc basalts and chemical layering in the mantle wedge

Summary Quaternary basalts from the Java-Bali sector of the Sunda arc show the following characteristics: As the vertical distance increases between the seismic Benioff zone and the respective eruptive centre, high-field-strength elements (HFSE's) increase in abundance and Zr/Nb and Hf/Nb decrease in value. If subduction processes do not affect the abundance and ratios of HFSE's, both of these trends are consistent with a progressively enriched mantle wedge with depth, independent of any metasomatism by the northward subducting Indian Ocean plate. Furthermore, the volcanic rocks display negative trends between Nb/U-Zr/Nb, Nb/U-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, and K/Nb-K and positive ones between Zr/Nb-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and Ce/Pb-Nb/U. Also, Nb-depletion (Nb/Nb*), as measured on mantle normalized incompatible-trace-element diagrams, decreases in size with increasing distance to the Benioff zone. These trends are in accord with a model in which the slab-derived metasomatic component-which is low in HFSE abundance-makes a greater chemical imprint on shallower, depleted mantle than on deeper, enrichedmantle. The nature of the chemical layering within the mantle magma source beneath Java implies that this source may be part of the lithospheric mantle.

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HFSE-Elemente in Basalten des Java-Bogens und chemischer Lagenbau im Mantelkeil

Zusammenfassung Quartäre Basalte des Java-Bali Sektors des Sunda-Bogens zeigen die folgenden Charakteristika: Mit zunehmender Vertikaldistanz zwischen der seismischen Benioff Zone und den betreffenden Eruptivzentren nehmen die Elemente hoher Feldstärke (HFSE's) zu, während die Zr/Nb und Hf/Nb Verhältnisse abnehmen. Sofern Subduktionsprozesse die Häufigkeit und die Verhältnisse der HFSE's nicht beeinflussen, sind beide Trends in Übereinstimmung mit einem mit der Tiefe zunehmend angereicherten Mantelkeil, unabhängig von Metasomatose durch die nach Norden abtauchende indische Ozeanplatte. Darüber hinaus zeigen die vulkanischen Gesteine negative Trends zwischen Nb/U-Zr/Nb, Nb/U-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, and K/Nb-K, sowie positive Trends zwischen Zr/Nb-⁸⁷Sr/⁸⁶Sr und Ce/Pb-Nb/U. Auch die Nb-Verarmung (Nb/Nb*) wie she auf Mantelnormalisierten Diagrammen der inkompatiblen Spurenelemente dargestellt wird, nimmt mit zunehmender Distanz von der Benioff-Zone zu. Diese Trends sind in Übereinstim-mung mit einem Modell, in deco die auf die abtauchende kruste zurückzuführende metasomatische Komponente - mit niedrigen HFSE Gehalten — einen größeren chemischen Einfluß auf den seichten, verarmten Mantel als auf den tiefen, angereicherten Mantel ausübt. Die Art des chemischen Lagenbaus in der Mantel-Magmaquelle unterhalb Java weist darauf hin, daß these Quelle Teil des lithosphdrischen Mantels sein kann.

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With 9 Figures