Extremely schematic presentation of hot primitive magmas heating and assimilating crustal materials.
—
Erittäin luonnosmainen kuva, jossa primitiiviset kivisulat kuumentavat ympäröivää kuorta ja assimiloivat sitä sisuksiinsa.

It is common that simple geochemical models for basaltic and more primitive magmas suggest assimilation of tens of weight percent of crustal materials. But what are the thermodynamic limits for assimilation in such systems? The MCS team of the PALIN project pursued to answer this question using the Magma Chamber Simulator. In the simulations, diverse primitive magmas assimilate progressive partial melts of preheated lower, middle, and upper crust in amounts allowed by thermodynamics.

Our results indicate that it is difficult for any common primitive magma to assimilate more than 20–30 wt% of upper or middle crust before evolving to compositions typical for intermediate or felsic rocks. On the other hand, some very primitive magmas have thermodynamic potential to assimilate as much as their own mass (59–102 wt%) of lower crust and retain a basaltic composition. This implies that large part of the mass of some primitive magma systems may consist of partially melted and assimilated lower crustal material that they devoured.

Our study has been accepted to Geology and is freely available online:
Heinonen JS, Spera FJ, Bohrson WA – Thermodynamic limits for assimilation of silicate crust in primitive magmas. Geology (2021)

Stay tuned – more news to follow when the project is nearing its end!

—

Monien hyvin yksinkertaistettujen kemiallisten mallien mukaan basalttiset ja niitä primitiivisemmät vaippaperäiset kivisulat ovat assimiloineet kymmeniä painoprosentteja kuorellisia materiaaleja. Mutta mitkä ovat termodynaamiset rajat assimilaatiolle tällaisissa systeemeissä? PALIN-projektissa selvitettiin asiaa Magmakammiosimulaattorin avulla. Simulaatioissa erilaiset primitiiset kivisulat assimiloivat kuumenevaa ja osittain sulavaa kuorta termodynamiikan lakien sallimissa määrin.

Tulostemme mukaan tavalliselle primitiiviselle kivisulalle on vaikeaa assimiloida yli 20-30 painoprosenttia ylä- tai keskikuorta ennen kuin sulien koostumukset eivät enää ole primitiivisiä vaan enemmänkin graniittien koostumuksia muistuttavia. Alakuoren olosuhteissa tilanne muuttuu – joillain hyvin primitiivisillä kivisulilla on potentiaalia assimiloida jopa oman painonsa verran (59-102 painoprosenttia) ympäröivää alakuorta ja silti pysyä koostumukseltaan basalttisina. Tämä viittaa siihen, että suuri osa joidenkin primitiivisten magmasysteemeiden massasta voi olla peräisin osittain sulaneesta alakuoresta, jota ne ahmivat sisuksiinsa.

Tutkimuksemme on hyväksytty julkaistavaksi Geology-sarjassa ja on jo avoimesti saatavilla sähköisenä:
Heinonen JS, Spera FJ, Bohrson WA – Thermodynamic limits for assimilation of silicate crust in primitive magmas. Geology (2021)

Pysykää kuulolla – lisää uutisia tulossa, kun projekti lähenee loppuaan!