21
Spatial distribution of melt conduits in the mantle beneath oceanic spreading ridges: Observations from the Ingalls and Oman ophiolites Peter B. Kelemen, Michael Braun, and Greg Hirth Woods Hole Oceanographic Institution, Woods Hole, Massachusetts 02543 ([email protected]; [email protected]; [email protected]) [1] Abstract: Ophiolites are on-land exposures of igneous crust and residual upper mantle formed beneath submarine spreading ridges. Upper mantle outcrops in ophiolites provide insight into focusing of melt transport from a 100 km wide region of partial melting into an 5 km wide zone of igneous crustal accretion beneath the ridges. Dunite veins, composed of the minerals olivine and spinel, mark conduits for melt transport through at least the uppermost 30 km of the mantle. New data in this paper, on dunite veins in the Ingalls ophiolite, central Washington Cascades, show a power law relationship between frequency and width, in which frequency/m 0.02 width 3 over a size interval from 0.1 to 2 m. There may be several ways to generate this relationship, but we favor the hypothesis that the dunites represent a coalescing melt transport network. This conclusion is broadly consistent with the related hypothesis that mantle melt extraction occurs in a fractal, branching network, and with recent results on formation of a coalescing network of dissolution channels via flow of a solvent through a partially soluble, compacting porous medium. Keywords: Melt; transport; mid-ocean ridge; mantle; dunite. Index Terms: Midocean ridge processes; physics of magma and magma bodies; magma migration; fractals and multifractals. Received September 3, 1999; Revised May 1, 2000; Accepted June 6, 2000; Published July 11, 2000. Kelemen, P. B., M. Braun, and G. Hirth, 2000. Spatial distribution of melt conduits in the mantle beneath oceanic spreading ridges: Observations from the Ingalls and Oman ophiolites, Geochem. Geophys. Geosyst., vol. 1, Paper number 1999GC000012 [8266 words, 8 figures, 1 table]. Published July 11, 2000. 1. Introduction [2] There are two essential observational con- straints on melt extraction from the mantle beneath oceanic spreading ridges. (1) Primitive mid-ocean ridge basalts (MORB) are not in equilibrium with shallow, residual mantle peri- dotites with the mineral assemblage olivine + orthopyroxene (opx) + clinopyroxene (cpx) + spinel [O'Hara, 1965; Stolper, 1980]. (2) Melt transport occurs via mechanisms that produce coalescence from a broad melting region to- ward the narrow zone beneath the ridge axis where igneous crust is formed. Below, we examine these constraints in more detail. [3] MORB, and other basalts from submarine spreading ridges (e.g., ophiolites and back arc G 3 G 3 Geochemistry Geophysics Geosystems Published by AGU and the Geochemical Society AN ELECTRONIC JOURNAL OF THE EARTH SCIENCES Geochemistry Geophysics Geosystems Article Volume 1 Published July 11, 2000 Paper number 1999GC000012 ISSN: 1525-2027 Copyright 2000 by the American Geophysical Union

Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

������� ��������� �� ���� �� ����� � ��� �� ���

� ���� ���� �� ������ � ������ �������� �

��� ��� � ����� � � ��� ����������

���� �� ������ � ������� ��� � � � ��� ��������� ���� ����� ��� ������������ ����� ����� ���������� ����� ����� ���������� !" �����������

��� �����������#

$%& ������ ���������� � ��'��� �(���� �� �) ������� ��� �� ������ ���� !���� )� !��

"����� ��"! ��� �� ����� ������ *��� !���� ��� ��� �� ���������� � �+��� ������� ���� )������

�) !��� � ���� � ) �! �%�� �! ���� ����� �) � ��� !������ ���� � �� �! ���� ,��� �) �������

���� ����� "����� ��� ������ -����� +����� �!����� �) ��� !��� �� ���+��� �� ������� ! �

������� )� !��� � ���� � �� ���� � ���� ��� ���� !��� �� �! �) ��� !����� .�� �� �� ���� ��� �

�� ������ +���� �� ��� ������ ���������� ��� � ��������� /����� ���� ���� �� ����������

"������ ) �0���1 �� ������ �� ���� ) �0���12! ����� ������� �+� ��,� ���� +� ) �! ���% �� �

!� 3�� � !1 "� ��+� � �1� �� ���� �� ���� ����������� "�� �� )+� ��� �1�������� ��� ��� �������

�� ����� ������� !��� � ���� � ����� �� 3��� �������� �� " ���1 ��������� ���� ��� �����

�1�������� ��� !���� !��� �(� ���� �� � �� ) ��� " ����� ����� �� �� ���� ���� ������ ��

)� !���� �) ������� ����� � �) ����������� ������ +� )��� �) ���+��� �� ���� � ����1

����"��� �!����� �� ��� !����!�

��!"���� ���� � ���� � !��'��� ���� !���� �������

� ��# $���� ������ ���� � ������ ��1��� �) !�! �� !�! "����� !�! !�� ���� ) ��� ��

!����) ����

%������� 4����!"� �� %555 %������ �1 %� ���� ������� 6��� 7� ���� �������� 6��1 11� �����

8���!��� 9� :�� �� : ��� �� ;� �� ��� ����� 4���� ���� �"����� �) !��� ������� �� ��� !���� "����� ����

�� ����� �����< �"�� +����� ) �! ��� ������ �� �!� ����������� �������� ������ ������ +��� %� 9��

��!"� 1999;/����%� $=�77 �� ��� = )��� ��� % �"��&� 9�"������ 6��1 11� �����

&� � ��������

$�& 3�� � � ��� �������� �"�� +����� ��'

�� ���� �� !��� �(� ���� ) �! ��� !����

"����� ���� �� ����� ������ �%# 9 �!���+�

!��'��� ���� "���� ���>:# � ��� ��

�0����" ��! ���� ������� ������ !���� �� �'

������� ���� ��� !��� � ���!"��� ���+��� ?

� ����1 �(��� ���(# ? �����1 �(��� ��(# ?

������ $� ����� %57� �������� %5=�&� ��# ����

� ���� � �� � +� !�����!� ��� � ����

������� ) �! " �� !������ ����� ��'

� � ��� � �� ,��� "����� ��� ���� (��

��� � ������� ��� �� )� !��� :����� ��

�(!��� ����� ���� ���� �� !� � ������

$�& ��>:� �� ���� "���� ) �! ��"! ���

�� ����� ����� ������ ���������� �� "�

G3G3GeochemistryGeophysics

Geosystems

Published by AGU and the Geochemical Society

AN ELECTRONIC JOURNAL OF THE EARTH SCIENCES

GeochemistryGeophysics

Geosystems

�������

@���!� %

9�"������ 6��1 11� ����

9�� ��!"� 1999;/����%�

�44.< %���'���A

/��1 ���� ���� "1 ��� B!� �� ;����1��� *����

Page 2: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

"����#� � ) ) �! ��� ���� �� ��(� ��� ��

��( �� � "����� !��� � �� ������ !����

�� �������� �(������� ��� � �� ��� "�� �) ���

������� ���� 3�� �!�������� �) � ��� !����

�0����" ��� ���� !���� �� �������� �����

���� � ���� �� �� ��� !���� )� !�� � ��'

��+��1 ���� � ���� � � ��� ��� ���1 �� ���'

+��� C ������ � ���� � ���� �� ����� ��>:

�� !�(�� � �) ��0���� �0����" ��� ���� �� �'

������ � + ���1 �) ��))� ��� ������� ��� �!'

�������� �� �� ������1 ��!�� �� ������� �� ���

!�(��� � ��� ����� !��� "� �� �1 ������� ��

���� ����(�� ��>: �� �!�������� �����'

���� ���� �0����" ���� ���� !���� �� ������� �

� +� �� ����� � ��� ��� �� �! "���� ���

��)��� � �� �������� ����������� �) ��( �� ��('

���� ��� ��� !���� !���� �� ��������1 +� 1

��� $������� ��� ������� %5=7 ��� ���

������������ %5=�� %5=�"&� 3��� ��� )� ���

��>: �� ���� ��� ��� �� ��( � �+����

�� ��� ���� ��� �� !��� � ���� �� D� ���

+� �� ����� �) �0����" ���� �� "� � ���

��� �� �! !��� ��0���� � ���� �� ��>:

!��� ��� �� ���� � ���� ��� ��� �� �! �) ���

���� !���� ������� �0����" ���� ���� ��( ��

������ !���� �� �������� 3 � ���!��� ���'

�0����" ��! "������ ������ �� �������� ��

��>: � �+���� ��!�� ���� ��� $������

�� ���� %55� ���������� ��� ������ %55�&�

3���� ���� ���� � "� ����)��� "1 �%# +� 1

��� � ���� �� )� �(!��� �� !���')����� ) '

�� �� $������� %5=7& ��� ��� ��� ��))����� ��!�

�� ��� �# � ��# "1 ����� � �� ��� )��� �� �����

������ �������� �� ���� ��� ������ "������

!�� ���� !��� �� ��( �� ������ �� ������� ��

����� ��� ��� ��))����� ������ $������� ��

���� %55A� %55�� %55�"&� D� !��� � ���� �

��!�� �� ���� ��� ���� �� �! �) ��� ����

!���� �) ���� �� ������ 1� � �� �))���+�

��))���+��1 ��� %��%� !�2� �!��� ��))���+��1

�%��%�� �� ����1 �����#� ���� �0�� �� ������

������ � ��� ��� ��A �� � !�

$�& D������ �) !��� ) �! " �� !������

����� ��� � ��� � �� ,��� "����� ���

���� (�� �� �� ��� "���� �%# �������

��� ��� � )��'�� ����� ����� ����

5�E �) ��� ���� �������� ������ � �! �) ���

���� (�� $���� �� ���� %55�&� �� ��# ���� 1

�� ����!� �� ������� ��� ��� ����� �)

� ��� !������ �� �) ��� � �� �) %�� �! ����

� ��� "�� $�������� ��� �������� %5A� ����

�� ���� %55= !������ �� ���� %577&� ����

�(� ���� �� ) �� �� ������� ��� !������

����� �� !���� ���� ����� ����+�� � ��

)��� "����� �� ����� ���� ���� ����)1

���� ���� ���� "���� ��� ) �� ��� )� !��

� ���� �� ��� �� ����� �) !(�!�! �!� ��'

��+� �� ���� ����� �� ��� ��� �) ��� !����

�+� ����� !� � ��� =� �! ���� $������

%5=�&� ������� )������ �) !��� �(� ���� ��

� �� ����� "����� ��� ���� (�� �0�� ��

����� �%# +� 1 �����1 )����� ����� !����

��������� $���� ��� ��� %5=5 ������� ��

���� %55= ������ ��� "�#���$��%� %5=� "�&

#���$��% �� ���� %5=�&� � ��# + ���1 �) �� ���

)��� !�����!� �������� FF������GG ��� ��

� �� )��� $'���� (������ %5=A �������&

��� ��� (����%��� %5=A& ����� ��� �� !�'

"����1 ���� !��� � )������� $'���� (������

%5=A& � �� �� ��� ��� ����� ����� �) ����

�� ����1 $)���� ��� ��������� %55A *�����&

��� �� ���� %555& ������ � ��� "�� �) ���

FF��������� ��GG "����� �� !�"����1 " ��

���� "1 !��� 1�����,���� $����� ���

'���������� %55% ����������� %55�& �� �'

������ �) ����������� ������ )� !��� �

����� �) ���+� �� ��� )��� $�������+ �� ����

%55� ������� �� ���� %55�" ���������� �� ����

����&�

$�& ���� �� �� ������� �� ��� !���� ������ �)

��� �!� ��������� �+� �!��������� ��� �

���� �� ��!�� �0����" ��! ���� ��>: ��

���� ��!�� "���� ) �! ���� ��"! ���

�� ����� ���� � ������ ����������� "�

"����# $������� �� ���� %55�&� �� ��� ���

�� �������� ������ �� �������� � ��� +�

!��� � �!��������� ) ) �! �0����" ��! ����

��>: $������� �� ���� %55�&� 3��� �������

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 3: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

�� ��� �!� !���� ������ ! � ������� )�

)����� )��� �) !��� �� ���� ��� ���� !���

!���� �� � ���� ��� � ��� +�� ����0����'

" ��! "������ !�� ���� ��0��� �� �� ����'

��� �� ��������

$7& �� ���� �� )���� �+����� ) �! ����������

��!���� ��� ��� !��� � �� ������� )� !��

+� �� ���� ����!��� ��� �� ��( �����������

�� ���!���� ���+��� � ��������� �� ���

�� ��� )��� �) ���+���'��� ��� !��� �� ����

��('"� ��� �� ������� $������� �� ���� %55�&�

3�� �)� � ��!� ������� !1 )� ! �� ��1 �

����� �) ���+� �� ��� )��� � ������� ��

��� � ����� �) !��� )����� �� �� ��� �'

0�� �� �� �(���� ���!� D� ��� !� �� �������

�� ��� $%55A& ������ ��� )����� )��� �) !���

�� �� ��� ������� � ����)1 !��� +�����1

���� ���� �� �+�� ) �! � ���! �� ��� ����'

0����" � �� ��>: $!������� �� ���� %55��

%555 ��� �� ���� %55� ����� ��� ���������

%55�& �� ) �! ��� ��!��� �) +�����! ��� ��

���!� ������ !������ )�������� ���������

�� ����� $������ �� ���� %55= �� 6��� �� -�

�8��,��� 3�� �))�� �) ��������� �� !�'

��� !������ "����� ������ ��"!����� �� ����&

��� �� ��������� "������� %55�&� �� ���

!��� � ���� � �� �� �� ��� �0�� �� "1

����� ��� ����� � ����+� � ��!� ������� ����

�+����� )� )� !���� � �� ��� �����

,���� ���� �� $����� ������� �� ����

%55�� D��� � �D �� �;&� �� �� ���� � ���

������� �+����� ���� ��� ��� ��� ��� �����'

"����1 ��� !�1 ������� )� ! �� ���� �1

$������� %5=7� %55� ������ ��� �������

%5=� ����� %555&�

$A& >�� ����� �) ���� ���� � !��� �) )� '

!���� �� �� �+����� ��� ������� ! � ���

���� �) )����� !��� � ���� � �� ���� ���

���� !��� !���� �� ����������� �� ����

����1� �� � �� �,� ��� ���!�� 1 �) ��'

����� �� ���������� �� ���� �� ��� ��� � �)

!��� � ���� � ����� �� �� ��� ������ !�'

���� �� �������� �� �+���� ������ ��,�2

) �0���1 �� ����� ���� �"����� ��������

� ��������� ���� � � ���� +� ���+�

�� ��� )��� ��2� ����� ,���� ����

���

'� �������� �

$=& �� !�� ������� !�� �) ������� ��

!���� �(���� �� �) ��� ������ ��������� ��

��� ��� � ��������� /���� $(������

%5=� (����� ��� (���� %5=A& ) �! � ��

�����!���� �) ����'�(����� ������� ��

�� �1 ��� � ��"������ ������ ��� ���

)� !�� ���� � �!����� H���� ��� �������

���� �� ��� ������ �� � ��� 5�E �) ���

�������� ���� � �"�� �� 1���� �� ��

)� !� � � ������ �� �(�!���1 �� ������'

� �� ����� ��� �� �� )��� 3��� �� ��!��'

�� ��� "1 �� ��� � �� �D��� � %# �� ) �!

��� �� ���� �� �� ����� ��� �) �(���� ��

���� H���� ��� ������� � �A�� �� ��� �� ���

B���� ����� �� �� )��� ��� ���� �������

)� ! � ����'����� )��� ��� ���� �� +� ���

����� ���� �� ��� ���� ���� 3���� �� ���

�����')��� ������� ��� ��� �� ����� �)

������� �� �0��+���� �� ���� � �� ������

����� ������� ��� �� ����� ) �! ��

!! �� )�� !��� � �� �� �� ��� ���� ����

�� ��� �� �+��� � � �) ��� � �� �)

7�� !�� 3�� � � ��,� ���))� �� ��� �� ���

)� ��� �����< �%# � ������ ���� �� ��'

��� ��� � �� ��,�� �� "��!�� �����������

����� �� ����������� "������ FF�������GG ��

��� ��������� !� �( �) ���+��� ������ �� �'

������� ��# � ��� � ���� ��,��� ������� �

� �)� ������1 ����� �� �!� �� �� ������

�� �������� �� �!!���1 ��)��� ��� ����� �)

��� ��� ����

$5& -������ �� ���� � � ������ "1 ������

!���� � ,"� ������ �������� ���+��� ? ��( ?

������� ���� ������ � �� �(� :��� ������� ��

� ,"� ����� �� ���� � � ��� +� ����� � �'

)� �� � ��������� �� ���+���� ���� �� ��� �

(�� �������� �������� �����1 �� ��� ..�

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 4: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

$(����� ��� (���� %5=A&� ���� �"�� �������

�+� .� �� ���� ���� ����� ���� � !��������

"�+�� I������+��1� ��� .� �� ����� �������

)� ! ��� � ����� ��� �� ����� ����� �� ���

���� ���� �D��� � %#� B����� � ���� ����

�+����� �� ��� ��� ������ �� ���� �� FF��� ��

�GG �D��� � �# � )�� ���� � ������� ��������

�� ����� �%�� ���� ����� ����� D����1� ��!� �)

��� ������ ������� � ������1 �������� 1���'

�� �� � �� �� ��� ��� )� ! �) ��� �����

)��� ��� �� �� )��� 3�� !��� � �!����� �)

����� �� ��� � ���� ������ �� ��� FF:�� ��� ��GG

�D��� � �#�

$%�& �� � �� �� !�� ��� !�� �� D��� � ��

�� � �� �� ��� ��� "1 ��������� ��� ������2

�� ������� ����� ���� ! ���� ����� �+� '

������ ������ ��� �� � ���� ���� �

� ������� � �� ) �! �����! "��!� �:��!�

)� ��'J�� ����� ��1� :�J�# A !

"�+� ��� ��� ��� ���� ��� !� ����

�� �(�!���1 �� ������� �� ��� �� )��

n=110

N

E

S

W

(���� &� J��� ��!����� � � �H����� �) � �������� �) ������� ������ ������ !���� �� ��������� ,"� ����# �� :�� / ��� ��� ��� �) ��� ������ ���������� ���� ������� � �� �(�!���1 �� ������� �� ��� �� )�� �) ��� ��� ������� ���4� ���� �� � !���� )� ���� ����1�

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 5: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

(���� '� 9����!��� !�� �) �� �� ��� ��� ) �! ��� :�� / ��� �� ������ ���������� ; �1� ������!���� �� ������� �� ,"� ����# "��� ������ ������ �� ���� �� ��� ��� �������� � ���� ��������

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 6: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

K� ����� ) !� �+� � ����� %�� !� ��

��� �"� �� 1 �� ����� ��� ������ �� ����

� ������ ����� ����� � ������ �� � �'

� �� ������ �����!���� �D��� � �#� ����'

!� ����� ���� �) �� �!��� �0�� �� ��

�!"��� ���! ���� !���� �� ���� �����

B��"� 9��������� ��)�� ��

$%%& -����� ������ �� ����� �� � ���� '

!���� +� � FF���� ��� ������GG !������ B

� �� �) %�� � ���� ����� % ��(�� ���� ��

���� �!����� � )�(�� ,�!��� �� ��

��� �� �!�� ��� ��!������� �) ��(���

+ ��� ) �! �!�� �� �!��� ����� ) �!

�����% ! )� ��� �����!��� �) ��� :��

��� �� �� �����7 ! )� ��� �� B� J������

�) ���� ���!���� ���� ������ �������� �

���� ������ � ,"� ������ �� � ���� !����

����� *���!�� 9 �� ��)�� �� K� ��� �)

���� ���� ������� �%��� !��� �!����

�) ������ ����� � ������ D� ������

������ ���� � ���� �� ������ )� � ����

����� �� ����� 5��� =��� A��� 7��� �� ������������ �� "� �����1 �� ������� �� !���

�) ��� �������� 3�� �������� ������ �� �

)���� �� "� ����+��1 ���������+� �� ��� ,�'

!��� �) ��� ������ �� ��� ���� ��� �������

�� � �!"���� ���� ������ �� ��� �)

�A��� !��� �!���� )� �� ��� ��� -�����

����� �� ���1 !��� �� ���� ����� ����

� ,�!��� �) A���

$%�& -����� ����� �������� ���� �� ����

�� ���������� "������ ) �0���1 �� !���

�) ���� ��� !��� �!��� ���# �� ���� ���

������ �$#� �� ���� �� L � $� �D��� �� �B ��

�-#� D� �� �� �� ��� ���� � � ���� �� � ���� -����� ����� �#� �� ��� ��� �� �(�����'

���� ���� �� L �� �� �D��� �� �- �� �D#� 3��

)��� )� "��� ����� �� ����� � � ���� �1

���� )� ��� :�� ��� ��� )� ���� �� �+�

��� "��� �!�� 0����1 �� ���� ��� !���

� �� �������� )� �!�� ��,��� *����� ���

�����2) �0���1 ��������� ����+� � �� �� �

� ��� ��������� ) �! ��� �� �� ��� ���

$%�& 3�� �"�� +���� �) �(�������� �����2

) �0���1 �������� �� �!������ "1 �1�'

��!�� ���������� "������ ����� �� ��'

���� ������ ��1 �) ��� � �� ������� �

�� �(�!���1 � ���� �� ���� � �)� ��

����� �) �� !� B� ������ ��� �� D��� � ��

���� +��� �� 0����)��� )� �� ���� �) ���

:�� ��� �� ����� ���'��!������� � ��'

���� ������ ������ ��+������ "1 -� 4!���

�%55=# � ����� �����

)� � ���������

$%�& 3�� ��!��� �1�������� !���� �(���� ���

����� ���� �"����� �������� �) ��� �������

��� �"�� "�+�� �%# 3�� ������� )� !�� � �

�) ������� ����� � �) ������� �� ����

!�1 �!�� ������ )�� )�� � �� ����

$����� �������+ �� ���� %55� ������� �� ����

%55�" ���������� �� ���� ����&� ��# 3��

������� )� !�� � �� ��� ����� ,����

���� !���')����� �� $����� ����� %555&�

:��� �) ����� � ������ � ��+� ��� ��

���� �� ���������� "������ ����� ��

) �0���1 �� � �(�������� ���������� "�'

����� ����� �� ) �0���1� �+� ��� �"'

�� +�� ��� �) ����� �� ����� �� ��

�� �����

� �� ������� ������� ����������

$%�& B ��!��� �(!��� �) ������� )����

� ���� � ����� � �� ������ ��� �� D��� � �B

�FFK���G� /�����GG ) �! �������+ �� ��� $%55��

D��� � B%&� �� � �� � �) �!�� ������ H���

�� )� ! � �� ���� � ���� �������� B� ��

H������ ��� ��!"� �) ������ �� ���� "1

)�� �) � �� ��� )��( �� ����� ��'

���� "1 )�� �) �� ��+��� ��� �� ����

�� ���������� "������ ) �0���1 �) ��'

���� ���� ��+�� )��( � �� )��( �� ������

,�� �� ���� � � ,�� ���� � L �%� 3����

�������� ���1 �� ��� ���� � FF�1���!GG �� ���

�� �1 ����)� �� �,���� ������ �� ���� ���

����� ��

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 7: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

B

Nl = 0.02 w-2.6

r2 = 0.999

ball outcrop

frequency/l ~~0.02 width-3

Dall outcrops

Nl = 0.02 w-3.0

r2 = 0.98

Coutcrop A

Nl = 0.02 w-2.7

r2 = 0.997

Aoutcrop 4

0.001

0.1

101 2

freq

uenc

y/m

eter

0.1 1

width, meters

Nl = 3.5 e-5.7s

r2 = 0.91

Eoutcrop 4

dunite spacing

spacing, meters

dunite widths

Nl = 5.3 e-11.2s

r2 = 0.95

Fball outcrop 0.001

0.1

10

0.1 1

Nl = 7.9 e-13.6s

r2 = 0.94

Goutcrop A

0.001

0.01

0.1

1

10

0.001

0.01

0.1

1

10

0.001

0.01

0.1

1

10

0.001

0.01

0.1

1

100 0.5 1

0.001

0.01

0.1

1

10

0.001

0.01

0.1

1

10

0.001

0.01

0.1

1

10

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 8: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

$%7& B ����� ����� � � ������ "1 ��!� '

�� !���� �) ���+� �� ��� )���� �� ����

���+��� !�� ��� �� ���� � ����1 ����"���

�� ��� !����! ��"H�� �� +����� �!�����

(���� )� 4���� ���� �"����� �������� )� ������� ) �! D��� � �� B�� �� ����� � ���� � ��� �!��� ������ � ��� ������ �� ���� �� )������ �0������� �B� :� / �� -# D �0���1 �) ������ ������� ���� !��������� � ���� ��� !����� � ��� �"�� �� ��� ��(�� 3���� �� � ���� )�� ����� ���� �� ����������� 3������� �� D��� � �: ����� ��� �!� �� �� )��� "�� �� � �� ���� '��� ����� ������ ���� ��� ��� ��,�2) �0���1 �� � ��� ���� ��� �"�� "1 � �(�������� ����������� D��� � �- �� �!������� �) �� ) �!�� �� �� ��� ���� ���� � �1 ���� �� D��� � �- �� ���� �� ����� �) ����� �K� D� �� ;# D �0���1 �)����� "������ �������� 3���� �� � ���� )�� ����� � �(�������� ����������� 3�� ����� �� D��� � �D����� ��� �!� �� �� )��� "�� �� � �� ���'��� ����� ������ ���� ��� ��� �����2) �0���1 �� � ������� )�� ����� ���� �� �����������

0 2.2 4.4 6.6 8.8

0

0.9

1.8

2.7

distance (meters) along 070-250°

dist

ance

(m

eter

s)al

ong

340-

160°

0.0

1.0

0 2.2 4.4

prob

abili

ty

lag (meters) along 070-250°(���� *� J��� ' ��������� �!�� ) �! ��� :�� ��� �� �D��� � �#� �� ������ �) ���'��!����������� ������ ��1��� �) ���� �!��� .��� ��� )� ���� ��1���� � ���� �� ���� �� ���� � ���� �������� �� � � ���� � ������ ��� �� ���

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 9: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

$���������� �� ���� ����&� �� ����� �� D��� �

�:� :���� !� � ��� 5�E �) ��� �� ���

)��� �� � ������ ������� �� ��!�� '��,��

������ ���� �� �� ���� ������� � ��'

�� ���� +��� ��� �������� ����� ���!�� 1

�� �! �"�1 ��!�� �� ��� �� D��� � �B�

���� �� � ,����5= !��� �� ����� �

���� ��� �����0��� -��� !����� ���� ���

������� �) ������� ! ��� "1 �� ��� ��

��� ����"�� ���� ����� ����� ��+�� �� �$�� ��� � ��� +��� �) � ������� �� ���

����� ���� �� ������ ����� D����1� ���

� ���� � � �(�������� ������ "������

����� �� �� �� ��� !���� ������� B����

����� �������� �+� "��� �� �+�� )� ��� ���� �

+� ��� ����� �1���! �� !1 ��� "� � �'

���� ������ �1 �� �,���� ������ �� ���� ���

!���� �������

$%A& B !�� !� � �!������� ���'��!��'

����� ����� � �� ����� �� D��� � �/� �� �

������� �� !���1 �� ����� � "�+�� "��

+� 1 �!�� ������ ��!���!�� H��� +� 1 � ��

����� �� !�� FF���� " �����GG $-��������

%5A= -�������� %55A&� -������ ��� �!���'

���� �) ���� " ������ �� ������� �����

����� �� �� ���� ,� � $� �� �� �,�

�%� �� �� )���� ��� �� � $�� 3��

�(!���� �) ������� ����� �� ���� "��'

��� ���� " ����� � �� �� �� " �����

����� �� �� ��!��� �� ��1��� �) �� ��

" ����� ��"�� ��� ��!� ���� $.�����

%57A& �� � �� ��� $ ���� %5=�& ��+�� �

L ���A �� � L ����� ������+��1� ����

� ������ ��))����� �� � ��� ��� ��557

�� "��� ���� ���� ��� !��� �!���� �� ���

����� � �� D��� � �/� ����� ��� �!� !������

� ����� ���� �� � ���� ��� ������ ��������

�� D��� � �� ��+� � L ����� 4� ������1� )�

��!� � �� ����� �� ���� ���� " ����� ���

����� "������ ������ �� �����1 �� �(�'

!��� "1 � �(�������� )������� D� �(!'

���� �� D��� � �/� �� � �����A�� �� ���

����(� �) ���� � ����� �� �� �� ������

���� �"������ ���� ��� �� ����� ����� �� ����

���� " ������ �� �,���� ������� ����� ���

���� ���� �� �����2) �0���1 ���������

������� ������� ����� ��� "� +���"�� ��

��� ��������

$%=& �� ��� �� �) ��� ������ �� ������� ���

������ FF����� �GG �� �� �1 �� �� ��!��������

"�� ��� ������� ���!���+�� � ���� ��1 �"'

�� � 3��� ��� ������� � "� �� �(�!��� �

� ����� �"�� )��� �� ���� ��)����� �������

�� ��� ����(� �) ���� ������� ����� �

�1�������� �� � ��)� ��� ���1 �����

��� �� �� ����� � ����� ����+� ���

��� ������ !���� ���!"�� D��� � �/� ��

��)� ��� �� �+� !���� ������ �,����

���� �� ��� ������ ��� ��� ���� ��� ��� ��

�� )� �� �� ������� �� 5�E �) ��� ��'

������ B� )� ��� ����� � �� D��� � �/�

������ �,���� ���� �� ���� ��!�� ������

����� � ������ �(��"�� ���� �� �����2) �'

0���1 �������� "�� ������ ��1 �(��"��

��������

$%5& D��� � � ������ ��� ��� �� �� �� �����2

) �0���1 �) ������ +���� � ��������� ����

��� �1�������� ��� ���1 )� !�� �������

����� � �) �� ���� �"�� ������� �� �"�� �

�� ��� ������� ,� L $��� ��� � � �� !���

+�����1 �� � �� �� ����1� �� �������

����� � ��� ���� +�� )��(� �� ���� � �,�

�%� �� � � $�� �� �� �� ������#� ���� ,�

� $�� -� ��� )��� �) !��� �� �� ��� ������

- 1 )��(� ��� �� � ��� ����� �� �� !�"����1�

���� �� �� � + ��� ���� ��� ��� � � �� � �� ��

�� ���� ��� ���� ,� L $�� � $�� �� )������

��� � � $�2�� 3��� �� ������ ������� ���

�� ����1 �� ���� ���� �� ����� ����� �)

������ �������

$��& �� ����� �� ����1 ���� ����� !1 ���

������� ������ �+� � �� �������� D� �('

!���� ����"�� !���!�! �� ����1 ������

������� �� �����%� 3��� �� "��� �� ���

�"�� +���� ��� !�1 ������� �� ��� ������

�����"�� FF� ���� ��0���GG �� ��� )� ! �)

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 10: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

1 10 100 10001

10

100

1000

flux/channelfr

eque

ncy

N = 2000 Qc-1

B

Einat's Castle

C

810

20

30

40

0.01 0.1

Nl = 0.5 Qc-0.98

r2 = 0.98

D

freq

uenc

y

flux/channel

10

104

103

102

10 100

width

Nl = 3.7 w-3.1

r2 = 0.99

E

freq

uenc

y

numerical results

0 20 40 60 80

spacing

Nl = 5.6 e-0.21s

r2 = 0.98

F

freq

uenc

y

10

103

102

1

A

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 11: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

�1 �(��� �� �������� 1����� �� ���

����!�� ��� �� ���� ����� ����� ����� �)

���1 )� !�� !� � ��� ��%E �) ��� ��� �)

�� ���!� ��� ��� �� ����1 �� ���% ! �������

�� ����%� �� � L �� ���� ��� ����� ��)�

) �! ��� ���������� �������� �� ��� � �'

+���� � � �� ��� �� ����1 �� ������� ����

��� %� ! ����� "� � ��� ��� %� ���� ��

��� �����"��� ����+� � )� �� ����1 �� ���%'!

������ �) ����% �� � L �� ���� ���

�� ����1 �� ������� %� ! ���� ����� "�

���%� ���� !1 "� ����"��� B��� �'

��+��1� ��� � !1 "� !(�!�! �� ����1

������ ������� ���� �� ���� ���� ���

�� ����� �� �) +����� �!����� ���� ��

��� �(�������� �� ��� �� "��� +������1 �

synthetic branching network

G

1

10

102

103

104

1 10

freq

uenc

y

width

Nl = 105 w-3.5

r2 = 0.99

H

0 40 80 120

spacing

Nl = 1730 e-0.07s

r2 = 0.97

I

1

10

102

103

freq

uenc

y

(���� +� /������� ����� ����� �� ���� ����� ���� �"����� �������� ��!�� �� ����� �) ��� ������� ��D��� � �� B�� �� ����� � ���� � ��� �!��� � ����� � ��� ������ �� ���� �� )������ �0������� �B ��:# FFK���G� /����GG ) �! D��� � B% �) �������+ �� ��� $%55�&� �/� -� K� �� D# >������ �) ��!� ��!������� �) ��� ���+� ��)��� ���� ����"����1 $���������� �� ���� ����&� �� ���'��!������� �1���!���� ����� �� ��� )��� �� +����� �!������ ���� )�(�� )��( �) ���+��� �� ���� ��� "����! "���� 1� ) �� ��� "���� 1� � �' ���� ���� "���� ��� ��!�� �� ������ ���#� D��� � �/ �� !� �) �������� ���� �) ��� ����"�� ���� )�� ��!� ��!�� ) �! ���� � ��# �� ���� �"��#� ������� �������������� ������� �� �������� ��� �� D��(2����� �D��� � �-# �� ����� ����� �D��� � �K# "������� ���� �� ���������� ���� ) �0���1� ��� �� ) �0���12����� �D��� � �D# � "� )�� ���� ��(�������� )������� �;� �� �� �# 41������� ���'��!������� FF �� ��GG ����� � ) �! D��� � �- �)��������� �� ��� $%55A&� B���� ) �0���12����� ����� ����� ���� �� ���������� �D��� � ��#���� �� ) �0���12����� �� �(�������� �D��� � ��#�

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 12: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

)������ �) �� ����1 �� � ����1 !�����

!���� ��� $����� ��� ��������� %55��

%55�" ������� �� ���� %55A&# "��!�� �0��

�� ��� �� �) ����"�� )� !���� �) �� �

��� ��� �� ���+� �� ��� )��� �) ����'

��� !���� �����2) �0���1 !��� �!���� )�

+� 1 � �� �������� )� �(!���� �� ��� �!�

���������� !1 ���� � �+��� ���� ���� ��

���� 0��������

�� �� ����� ����� ������ �� ���

$�%& �) ������� )� ! � �� ��� ����� ,����

���� !���')����� �� �� �� �����

10 100

width

Nl = 104.7 w-2.3

D

r2 = 0.98

1

10

102

103

1

10

102

103

0 200 400 600

freq

uenc

y

spacing

Nl = 1600 e-0.012s

r2 = 0.98

B

A

C

(���� ,� >������ �) ��!��� !���� �) ����� ,���� ���� � ���� ��� �B �� :# >���!�1 ������ ���� ��� �� ���� ����� �������� �/# ����� ,��� ���� �"����� )�� %�� �������� �) ������� %��(�� ���� FF ����� ,����GG �-# ��,�2) �0���1 �������� ���� ����� ,���� ���1 =�E �) !���� ���� �� ��� D��� � 7/�

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 13: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

������� � �� ���1 ������ ����� ,����

����� �!�� �� ��� ��� ���� 3� !���� ���

�!�������� �) ���� �1��������� �� ��!�����

� ���� �) ����� ,���� ���� ���!

���� �"����� �) ��)�������!��1 ����� � ����

��� ���!��� ��� ������� � �� ��!���'

������1 �� � ��� �!� �� ���� ��

�� �� ���� �� ������� �� ��� ��

��� ������ � ���� �"����� ��+�� ��� �� �

�(�������� ���������� "������ ) �0���1

�� � ������ ���� �� � �����%��

�D��� �� 7B �� 7:#� B� ����� ,����

������ ����+���� ������� ���� �H���

�� !� �� �� )� ! � �� �������� �� ���'

� �� ����� �+���� ��+��+� �� ���� !� �����

3���� "������ ��� �������� �) ����� ,���

� ���� �� ��� ��!� � ���� ����� ,����

)��� �� �) ��� ���� ��� � �� � �� �(�!��

���� �� ���������� "������ ������ �����

�� ) �0���1 �D��� �� 7/ �� 7-#� ��

��!����� ��� �!� � ���� )� )� !���� �)

����� ,���� ����� ��� � � ���� �"�'

���� $������ ��� '������� %5=�&� B�������

��� � �� � ������� �� �(��"�� ��� �'

��! ����� ��� $"����$ ��� '������� %55�&�

�� )���� ��� ���1 �+� � �� �(�!���1

�(�������� �����2) �0���1 ����������

�� ��� !� ���� �) ����� ,���� � �����

���� �� ��,�2) �0���1 ���������� �

���� !����� ��!��� � )� ��� ��!��� �(!���

������ ��� �� D��� �� 7/ �� 7-�

$��& �� � �)� �1�������� % � � �(�������

)� ��� ����� �������� �) ������� �� ��� ������

�� ������� )� ��+� � ������ D� ��� ����

�� ���������� "������ ����� �� ) �0���1

������� % � �� �) !������� �� ������ �'

������� ) �! � ���� �) ����� ,���� � ��

�1�������� �� ���� ���1 ���� ��� � ����

������� �+� )� !�� "1 ��� ���! !� ����

�) � ���� %�� �H��� ����� ,����� D�

����� ���!�1 ���� �"���� ��� � ��� ��

����� �� 1� �) ��� ���� �� ��,�2

) �0���1 ������� ������� � � �� �) !�'

������ �� ��,� � ���1 ������ ���� ���

����� ,���� )��� !� � ��� A�E �) ��� �

�� ���� �� ������� �� ��� ��� �D� ���

����� �� D��� � 7- ��� ����� ,���� ���1

=�E �) ��� �#� �� ��� ��� ������� �!� ���

���1 ��E �) �� ����1 � �� ��� ������

����������

$��& 4����� ������� !�1 �) ��� �!���

������� �� ��� ������ ��� ��� � �����1

�������� ���� ����� ��� 0������+��1 ���!'

"�� ��� ��� � ���� ������� � ����� ����

���� ���� �������2�����# ���� �� %� ��

��� ��� !���')����� �� � ��� +�� � �����

�+� ���� ���� �%�� � ��!!���1# !� �

$)����� ��� �������� %55A&� �� � � ����

���� 1 $����� ������ %5A= '������ ��� �������

%5=A&� �1�������� � ����� ������ ������� ��

����� ,���� ���� ��� ��� ��� ��

�� ���!���+��� D� ��))���+� � ���� �)

����� ,���� ���� !���')����� � ���

� � "� +����� � � ��)����� ��� +�� �)

!��� ���� ������ �!��������� �� ���� ���

��� �� �) � ���� �) ��� ����� ,���� ��

����������� �) ��� ����� �) ��� �� ���'

�+� � ��� !���� ��)� ��� � �� �� � !���

)����� )� ����� ��!�� �� ���!� �������1 ���

��� �� ���� ��� ������ ����� ,����

����� "� ����� ���� ��� �!����� ������ ��

������

$��& 3�� �� ������ � ���� �) ����� ,����

���� ���! �� ���� �(���� ��1 ���

� �� ����� ,���� ����� �+� � �)� ��

�+�������� � ���� �� �� ��� � ���� �1 ��

��� :�� ��� �� �D��� � �#�

$��& D�� ��� �� )��� ��� ��� !(�!�! �����

�) ������ +���� �� ��� �!� ��������� !����

������ �� �%�� ! �3"�� %#� �� ���

!���!�! ����� �� ����% !� ;�+�� ���

���!������ �) �1�������� �� �� �) �����

������� �+� "��� � ����� � ��� �!� ��

)� ��� �!� !���� �) ��!�� �� ���� ���

�(������� ���� ��� �� ��,�� ����� �0�� �

!� ���� �) !� � ��� %����� ����� ,����

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 14: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

�� � ���� ��� � ���� �������� 3��� ���!�

�����1 �!� �""���

*� -��������

$�7& �� � �)� ��� �1�������� �� ���� ���

������ ������� )� !�� ������� �����

����� �� �� ���� )��( �� ���� +�� ����'

�� �!� �� ����� ����� �� � ��� ����� ��

)��(� 4�� ����� ����� � ���� "� � �'

���� � ����� �) ��� ���+� ��)��� ����

����"����1 $/����� �� ���� %5=7 ������+� ��

���� %5=A&� B� ���� �� ���� ���� 1� ��))���

)��� �) ���+��� �� ���� ����"�� �� ���

!� �( �� ����"��� ��)�������!� + ������ ��

�� !�"����1 ��+� ��� �� ����� )���� )��( ��

��!� ��� ���� �� �� � ���� �� !� �

������������ ����� ��� �� !�"����1� �� )���'

"� !�����! ��� ��+�� ��� �� �����������

������ ��� � �� �(���������1� B� �����

��!�� ��� )����� � ����� ������ ��� ��

!� � �) ��� ���� )��(� �� +��� ���� �����'

"� �� ������ �� �� ����� ��!"� �) !� �

�����1 ���� )��� �� $������� �� ����

%55�"&� B� �������� "1 �������+ �� ���

$%55�&� ����� ����������� "��� �� ����

��"����1 ��1��� ������� ��� ����"�� )� !'

���� �) ����������� ������ �� +������1 �!'

����� �� ��� !��� ���� ��+� ��� ��

������� ����� ����� � �D��� � �B#�

$�A& 3�� ���)'��!�� � FF) ��GG " ����� �)

���� �1�������� ����� � �� ��!�� �� ���

� ������ "1 ���� $%55�& �������� ������ � ��

B� ���+ �� �� ��+������� ����� � �) �� ���

�������� ��� ����� !���')����� 1����� �� ��

� �+���� ��1��� �(������� �) ��� ���

����� � !���� ��� �� ��� K ��G� !����� 3��

B� ���+ �� �� � ������� �� ����� ��� "1

������ �) ��!� �� !������� "1 ����������

�� ��� $����& � ������ ��� �� D��� � �:� �� ���

��!� �� !���� ���+��� ���� � ��� "����!

"���� 1 �) ��� !����� �� ���� �� ����

� ����1 ����"��� +������1 �!����� �� ���

!����!� 4���"����1 �� ��+� ���1 ����� �� � ��'

�� �� 3�� ���+��� �� �������1 �� �0����" ��! ����

��� �� ��� !� �(� "�� !��� ������+� ������ ��

!����� �0����" ��! � �� ����� �� �(�!����

��� ���� ������� �) !��� ����� �� ���� ���

���� !���� ���� � ��"�� ������ ! $��&

��$ ��� �������� %555 ������� �� ���� %55�"&�

K+������1� ����������� �) �1 �(��� ) �! ���'

��� �� ������� ������ ��� ������ ����� ��+�

��� �� �������� 3��� ��� )� !���� �) ����'

$��� &� ���� �� ������ �) J �� -������ �� ��� ����� 4����� �) ��� �!� ���������

J����1 ����!�! 3�������� !*��+� �� 3 ��+� ��

�� �� J�����

����� !���)� �� "�� �� ��� 77�� �7�A��7 .� ���5��� K����� !���)� �� "�� �� ��� �% �7�=7A� .� ���5�5� K���� �� -�� 9�� 5� �� �( �7%���� .� �77%7�� K��� 31�� !���)� :��� �� ��� M% 75��� 5��= ����7A� .� �7A�7�� K��� 31�� !���)� :��� �� ��� M� ���= � "�+��1�1� !���)� ��� �" � ��� ��5A57� .� ��5�=�% K4�!�� !���)� ��� J�)�� M% �% ��A%=�� .� �7���%7 K4�!�� !���)� ��� J�)�� M� %7�A � "�+�4�!�� !���)� ��� J�)�� M� ���A � "�+�4�!�� !���)� ��� J�)�� M� �� � "�+�4�!�� !���)� ��� J�)�� M�" �%� �� � "�+�

B�� ������ �� � ���� !���� "1 8���!�� �� : �� +� ��� �� �!��� !����� �) � �� �"�� ������� ��� � �!������1�� ������ "1 ������� !���� � ,"� ����� !� � ��� % �! �� ��� ��1 "���� ��� ���2!���� � ������� ,���� 3�� "��� �(������ � ��������� �� �+� !���� � �%# �� ��� � "������ ���� �� ���� �� "�� ��� �� ��� ��1 ��������� � �� �) ��� �!� !���� !���)�� ��� ������ "������ B� :���1� �� >��� ��� ������� �� �#� ��# �� ��� ���� � ��� 31�� !���) ��+� � ����!��� � �� ��� ��1"���� ��� �3N� "�� ��� �� ��� ����� � ��) �) ��� !���) � ��� �!� ����� "���� ��� �3N $����� �� ���� %5=%&� �� ��# �� ��� "�� �)��� ����� !���)� �� �! �� ��� ��1 "���� ��� �3N� "�� ��� � ������� ������ "���� ��� �3N $��������� 01���������� %5=A&�

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 15: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

��� ����� � �) ������ +���� �� � ����"��

����0���� �) ���+� �� ��� )��� �) !��� ��

��� ��"����1 ��+����� ���� !�����

$�=& ����� �� �� ���� � �(��������

�����2) �0���1 ����������� ������ �) ��'

!� �� !������� �) ��� ���+� ��)��� ����

����"����1 ���� ���� ����� "������

������� �� ����� ������ �! �D��� � �:#�

����+� � �� ��!� �� !����� �!������ ��

���� !��� �) ��� FF!���GG ���� � ��� �1���!

) �! "����� �� �������� !��� �� ���� ���

���1 "1 ����������� ������� �� ��� ��� ��

��� ��"����1 ��������� !���� "�����

�� ����� ����� !��� ����� "� ���� ���

���� ���1 ����� �� ��"�� ���!� ������

�� ������� �� ��� )��( �) !��� ) �! "����

�� �� !��� ���� ��� "1 ����������� �'

������ �� ������� ��� ���� � ���� !��� ���

�� )� !���� �) + ���1 �) ����� ��,�� �

�+� 1 ������ ��!�� �� ��� ����� ����� �

�� D��� � �/� J �� ������� � �������� �

� ��� ������ !���� ���� ���� ����� �

�� D��� � �B �� �:� ��� �� ��� �!���

������ !���� "� !� � ���!�1 ���� �"����

��+��� ��� �� � �(�������� �����2) �'

0���1 ���� �"������

$�5& B������� �� �� � ���� ��1 ���������

���� � � ���� )� ������� +� ���+� �� ���

)���� �� ���� ��� ��� ��� )� !���')�����

) �� �� �� )� !��� ��� ������ �������� .���

��� �1�������� �� � )� !����� "�+�� �� +� 1

��!���� �� � �!���( ��� ��� � ����1 "�

��+�������� D� �(!���� �� ��� ������� � �'

������ � ����� ,���� ���� �� "��

���� "�!� �!�� ��� ������� )� �� ���

!��� � ���� �� 3��� ��� ���+� ��)��� ����

����"����1 �� ��!�� )���"� !�����!�

���� "���� �� ��1 ���� ��� ���� )��

������� � ��� �(����� �) !�1 �!��� �����

4�� ��� �� !1 �+� "��� ��+������� "1

���� $%555&� �� ��� � ���� ��� ������ ��

��1 ��� �!� ��� ��� ������� ��)�������!�

�� !�"����1 �� �� "����� ��1 �� ��� ���+�

��)��� ���� ����"����1 ��� �� ��� �"�� "�+��

� �+����� ������ ����� ��� ������ ��� ����"��

� ���� �) �� ��� ����������� ������� 3���� ��

��� �1" �� !������ �� �� ��� ��1

)���!���� ��1��� ��� �� ��+������� ���

���� �� ��,� ) �0���1 ����������� ���

� ���� �� �� ���

$��& B ��� ��))� ��� "������ �����������

������ �� ��!��� !����� �� �"�� +�� ������

+���� �� ���� �� ��'��!������� !� ������1�

3� ��'��!������� ��!� �� !����� �) �����'

������ ����� )� !���� +� ��� ���+� ��)��'

� ���� ����"����1 �� ����� ����"�� �� ��� !���

���� ��� ����������� ������ � �����1

1���� �� $�������+ �� ���� %55A&� ��� ��

!��� ������� �� ��� !���� ������ �) ����������

� �"�� )��� ��� 3���� ��))� ���� !1

��� "���� ��� ������� )� ! "1 ��!� !�'

����! ���� ��� ��� ���+� ��)��� ����

����"����1 � "���� ��� ������� )� ! �

����� �) ���+� �� ��� )��� "�� �� ��� ��

���� ��� �� !�"����1 �� �� ����1 ����� ����

B����� ��� �� !�"����1 !���� ��� �) !���

�������1 �� ��� ����� "1 � �� ���� ��2�

����� � �)� �� � �������� �) ���+��� $'����

(������ %5=A&� ���'�1� ����� �� ��� ����'

����� $)���� ��� ��������� %55A *��������

�� ���� %555&� ��2� ) �! ��� ������ � ����� �)

�� $����� %555&� 3�� �� ��� �(������ �)

��� ���� �) � �)� �� � ��������� )� .�

�� ������ � ��� �"�� ������� �D��� � %#�

���� ����� ���� � �� �� ��������� ����

�"�� +����� �) ����� ��� !��� �� � �����

��� �� ����1� ����� �� ��� $)���� ��� ����&

����� %55A *�������� �� ���� %555&� >�� �'

���� �) ��� ������ ���� )� )� !���� �) �"��

�������� !��� )��� �� �"�� ������ !����

)��� ���� 1���� �� ������ �+� ��!�� � ��

� ������ )� )��� �) �+ �� ���� �"�� �����

������ 8� >� ���) ��� 3�� !�'+����� )���� ���

�) )��� �� ���� ��< B�������� �� !�!

�!���!���� ��"!����� �� ������� �� ����

(�������� %55�# ���� � �+����� �����"��

�(������� )� ��� � ����� �) FF1���� ��GG

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 16: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

������ +����� ���� ���'������� ���� ����

�� %� �� �� ������ ���

$�%& 4�,�2) �0���1 �� ����� ���� �"����� ��'

������ �� ������� �� ���������� !���� "� ���� ��

����!�� ��� ��� �) ��,�� �� ��� �����

���� �"����� )� ������ ������� ��� � � �����

�� ��� ���� � !������ ����� "����� ����

�� ����� ������ �� � ���!�� 1 �!� ����

�) �� ������ �� ��� ) �! ��� :�� ��� �� ��

������ ���� �"����� �� ��� �) ��� !���)� �� ���

�!� ��������� �D��� � A#� �� �+� ����

�!����+� ������ ! "���� ���� )�������

�!� ���� �) �� ���� ��� �+� ��� ������1

��))� ��� ��,� ���))� ��� �� ��))� ��� �"�� +'

���� !������ $-�������� %55A&� B � �"� �)

���� !����� �� ��� ���� �� "��+�� �� ���1

�(��"���� �+� ��!���� ��,� ��� ��� ��

�"�� +����� ���))�� 3���� ���� !�����

���� �� ����� �� ��!���� 0������+�� ��

)�� ��� ������ ����� �� )� �� ��,�� "������

��� �� % !� D� ��� !���� ������ �) ��� ���

31�� !���) �) ��� �!� ���������� � ���� '

��� !����� �� ����� ������� ���� )����

�"�� +����� �� ��� � �� ����� �) � ��� �"��

�������� 3��� 1����� �%� ������� ���� � ��

������ �) %� �� %�� ! ���� �� �! �) ���� ���

!��� �!����� ) �0���1 �) ���� %��� !�%�

���� �) ��� � �� ������� � ����� ��� ��

��� ���� � ��) �) ��� ��� 31�� !����

������� 3��� ���� ��� !��� �!���� �� ���

���� � ��) ����� 1���� ��� %��� !�%� ��

�� ) �! ��� ������ �� ������� � ���� �� "�

+� 1 �� �(�!���1 ��������� ���� ��� ���� �'

"����� �) � �� ������� �� ��� ��� 31��

!���) �D��� � A#� ���������� ��� ��� � !1

"� ������ ��,�2) �0���1 ���������� )� ���

���� � ��� �) !���� ������ ��,��� ����+� �

�� � ���!�� 1� ������� !��� �!���� �) ��,�2

) �0���1 ����������� )� ������� �� �!�

���� !�� ���� ����� ��� : �� �� ���

�� ���� �!!�������� ����#�

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

10

100

0.01 0.1 1 10 100

cum

ulat

ive

freq

uenc

y (#

>x)

/met

er

width, meters

y = 0.09 x-1.6

r2 = 0.999 largest dunitesWadi Tayin

massif, Oman

(���� .� -����� ����� �� :�� ��� �� �D��� � �# +� ��� �!����+� ) �0���1 ���!"� �) �"�� +��������� ����� � ��� ��� 1#� -� )� ������ ����� � ��� ��� ��� ! �� ���� ��� % !� ��� � �!�����������1 �� ����� �� � )�� �� �� �+� ���� �� ����������� ���� �� ���� �(� ������ �� ��� ��,�� �) ���� ���� ������� �� ��� !���� ������ �) ��� �!� ���������� 3�� �!��'��� �� ) �! ��� ������ ��������� � �����1 ��������� ���� ��� ) �0���1 �) � �� ������� �� �!��

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 17: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

oceanic spreadingridge

lower crustal gabbros

duniteperidotitemylonite

along basalthrust

schematic mantle sectionOman ophiolite

appr

oxim

atel

y 12

km

folia

ted

man

tle p

erid

otite

(gr

ey)

mantle solidus

pyroxenite& gabbro

dikes & sills(black)

dunite(red)

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 18: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

$��& B�� �) �� �����2) �0���1 �������� � '

����1 ���� �� "� �)���� "�)� � ���1 � ����

)� �(� �������� B� !�������� �� ��� � �+����

� � ��� ��� � �� �� ����� ��� �) ������� ��

"��� ��� ������ �� �!� ����������� �� ���

������ ��������� �� ���� ��� :�� / ��� �

"���� �) ��� "����� �������� >������'

��� �� ��� � ���� ������ J�� �+����

��� ������� �� � �!� ��+��1 �� �� ���

�E �) �%������ !� �� >���������

���� 4��� ������� �+���� � ��� ��

� �) �%������ !� ���� �� ������� � ���

4�!�� �1� �� ��� �!� ��������� ��� � � ��

�) "����� ������ +���� �� ���� �� ����

+� 1 )��� �) �� !��� �!���� ������� ��

���� ��� ������ ������1� ���� ����� �"+�����1

���� ��� ) �0���12!��� )� ������� �)

��+�� ������ ����+� � �� �� �����1 ��� ��� '

�� ���� �� ) �! ����� �� ����� ���

�����)����1 ))�� ��� ����� �) ��� �����2

) �0���1 ������ !��

$��& 3�� �(�������� ���������� "������ ��'

���� ����� �� ) �0���1 �!��� � ����1

���� "� �(� ������ �� �� ���� )�� ��'

������ D� �(!���� ��� � � � ����1 %�'!

������� �) !���� �� ������� �� ��� ��� 31��

!���) �) ��� �!� ��������� ���� �� ��������

B���� ��� �� �! �) ���� ��� ������ ���� )�

D��� � A �� � � ��� ��� � ���� ��� ���

������ ����� "� ������� ��� �� ��� !���!�!

) �0���1 )� %�'! ����� ����� "� ����%��� !�%� �� ��� ��� ��� �����2) �0���1

���������� )� ��� :�� ��� �� �� D��� � �D

����� � ���� ) �0���1 �) �%���= !�% )�

%�'! ������

$��& �� �� ��� 1�� ���� ���� ��� �1���!���

�) ������ ����� ���� .���� �� ��� �� �

�+� �!����,�� ��� ������� � �!!�� ��

��� ���2!���� � ������� ,��� ��3N $�����

������� �� ���� %55=&#� ����+� � ��� � �

��� "����� � �� ������� �%� �� %�� ! ��

�����# !�1 ����!��� � "���� ��� �3N� ����

���� ��������� ����� �� ��� � �� +� ���

���� �"������ �� �+� !��� �� ��� ������ �)

��!� ��� ��"� ���� ������� ���� ������ �) %�

�� %�� ! �� ��+� � ���� �3"�� %# ��� �

��+� � ����!��� � "���� ��� �3N �� ��� !�'

��� �������

$��& �� ��� ��� � �� ��� ��� ���� ���� ��

!��� �(� ���� "����� !��'��� ����� ���'

����� �� ��� ��� �������� 9 �+���� �� � $�����

��������� 01���������� %5=A ����� �� ����

%5=%&� �!"���� ���� ��� �����2) �0���1

�� �� �"�� +�� ��,�� �) ������� � �������

�� �� ����� ��� �"�� ������ +���� !� �

��� % ! ���� � �!!�� �� ���������

!���� ������� �� ���� � ����)1 ���

�0�� �!��� )� ��!���1 ������� � ���� �

�) !��� �� ���� ��� ������ !����� ��

�����2) �0���1 �� ������� ��� �������

!1 �+� "��� � � �) ������� �����

����� �� �� )+� �� �1�������� �� ��� ���

������� ����� � ��� �����������1 �

����0���� �) ����"�� )� !���� �) ���'

�������� ������� �) ��� ���� � ���� !1 "�

�!�� ��� �� � ������ ������� ) �! ���

�%�� �! ���� ����� �) � ��� !������ ��

��� !���� �� ��� �� �! ���� ,��� �)

������� ���� )� !���� "����� ����

�� ����� ������

(���� /� 4�!! 1 ���� ) �! D��� � % �) ������� �� ��� $%55�& ������� ���� � ���� ������������) � �� ������� �� ��� !���� ������ �) ��� �!� ��������� �� ��)� �� ������� ����� � �) �� ��� ������������ �� ��� ��"����1 ��������� !���� "����� )��'�� ����� !��'��� ����� .��� ��� �������� � ����� �� � ���!"��� "���� ���� !�1 " ���� ������� � ��� "�� �) ��� ��������� � "�������� ����� ��� �� ��� ��"������ � �+�����1 $������� �� ���� %55�& �� � ��'���� �� ��� � ���� " �������� ��� ������� ��� � ������� B���� ��� ����� � ����� �� � �(����� )� �� �� �� �! ����� � ���� ���!������ ����� �� ��� !����� 3���� ����� �)��� �� �!� �+�� ���� ������� �) ����� ����� �� �� �)���� ���� ) �! ���������� �� !��'��� ������ >�� ����� ���� �� !������ �����<22������� ���!#�

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 19: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

$�7& �� ��������� �� �� )� ������ +���� ��

��� ������ �� ������� �� ��� ��� � ���������

/���� ���� ���� �� ��,�2) �0���1

���������� �� ���� ) �0���12!��� ��������� �+� ����� ���� +� ) �! ���% �� �

!� �� � �(�������� ����� ���������� ��

���� ����) �0���12!# � ������ 3�� � !1

"� ��+� � �1� �� ���� �� ��� ����� ��'

���������� "�� �� )+� ��� �1�������� ��� ���

������� �� ����� ������� !��� � ���� �

����� �� �� ���� )��( ) �! !�1 �!�� +����

)���� )�� � �� ����� �� )��� �� ����!���1

)����� �� � �� ����� "����� ����

�� ����� ����� �D��� � =#� 3��� ����� ��

" ���1 ��������� ���� ��� �1�������� ���

!���� !��� �(� ���� !1 �� ������

) �� " ����� ����� � $����� %55�& �� ����

���� ��1��� �� ��!� �� ������ �� )� '

!���� �) ����������� ������ +� )��� �)

���+��� �� ���� � ����1 ����"��� �!�����

�� ��� !����! $�������+ �� ���� %55� ����&

��� �� ���� %55�" ���������� �� ���� ����&� ��

� ��� ����� "1 ��� �����"����1 ��� ��� ���'

�� �� !1 ��� �����������1 �� ��� �� ��

���� �� � ����� �) ���+� �� ��� )���

��� � ����0����" ��! ���� ) �! ��� �����

�) � +������� �������� ��� �1 �� ��� ����

�) !����

�0 �"������ ��

$�A& 3��� ��� � �� ����� ��� "1 ������ �������'

���� 4���1 B� � ) �! ��� ����� ���� ����� ���

����������� �� �� �� �� 8���!��� �� "1 .4D ��� �

� ��� KB>'5�%=��=� �� �/K'5�%7%77� �� ���� :�"

����� )� �� ����� �� �� ��� "��� ��� ��� �� ��� ������

�� �������� ��� 1 -�� �� / ��� ; ��� ��"�1

�� ������ ���� ��� ;��� 3 ����� � �� �� �� :�J��

>��� /�(� 4 8���!��� 4��� @�� �� / ��� ; ����

�� J��� B������� ������ � �� � ��� ��� �� ����

:�J� �� ��� " ��,1 ������ �) ��� :�� / ��� � 0���

/ ��� ; ���G� �������� �� ���� �))� � �!��� ��� ��!

��� ��)� ��� ���� �� )������� "1 ��� �) ��� ) �����

) �! 4������ 4��� +������� �� �� ���� / ��� �� ���

��� � ������ ��+��� 4����� � !������� �� �+��� ��

!� � �<�� B�� J��� ��� � �+���� ��� �������

�� !��� ��� ������ ������ �� �!� �3"�� %#� �

4������!� � �+���� ����"������ ������ �) !�������

�D��� � �/#� >�� �G/������� ;����� 4�� � �� �

4������!� � �+���� +� 1 ����)�� �+�����

%���� ���

B� ���+� K�� 6� B� ��������� 9� :� 8���!��� �� ��

4������!�� /�������� ����"����1 �) ��������� !��� ��

��� !����� �� ������ "��� 233� ������O �������

%55��

B� ���+� K�� �� 4������!�� �� 9� 8���!��� 3� ��'

��!������� )��� �� ����� �� �� ��� !���< �!���'

����� )� ��� K ��G� !���� �� ����!��� 1 "����� ��

������ "��� 234� %��=�%O%��=��� %55A�

B��!��� 9� -�� �� K� �� 4����� � 4���1'���� !����'

!��� ���� ����� �� ��� ��!������� �� K0����" ��! � ��'

�� � �� !��� )������� �� '������� 53� �A�O�5�� %555�

:����!��� K(��� ����� J�� �� .��� ���������� (��6

����� ���+� ����6 ���� (����� �� '������ ���

(������� %5=A�

:������� P�� �� /� 6� B���� �� 3�� !� ����� �) ��'

)��� �� ����� �� ��� ��� � �) ��� ���� ���� -��&

��������� 27� %O%A� %5A��

: � ��1� ��� �� /� �� 4 )�� -���������� ��� �) ����

!���� !��� �� �� � ���� "��� !��� � ���� � ���'

�� �< B� �(�� �!���� ����1 �� �!�������� )� ��� '

!)� (������� �� +�+�� �� '������� 48� %%�AO%%=��

%5=7�

: ���� -�� 0�������� 0���������� ������� (��������

��A ���� 4�H���)) �� .� ���))� .���� ����� %5A=�

:��� �� >�� �� �� 4�� D����� !���� ��������� "����

!��'��� ����� ��� �� )���"� "������ +������1 ��

!������� ������ "�� !����� 29� 7�%O7��� %5=5�

/��!� 6�� -� ��))� K� �� ���� 9� � ����+� �� B� 4���

>���+� ��)��� ���� ����"�������� �� ����� (����� :9�

��AO��%� %5=7�

-����� �� 6�� �� -� J� 8��������� ��)����� �) ��)� !'

���� �� !��� �������1 �� �� ��������� �� ������ "���

234� %����AO%���A%� %55A�

-����1� 9� 3�� �� B� K� ; ��� � 9�1��� � ������ �)

������ !)� ���� �!���!��� �� ��� 4� >)��

4����� *��� ����� ���� ��� ������ 23;� %%AAO%%5��

%55A�

D� �1��� -�� -� 4� 4��� � � 4� /� ��""� J� �� -� !�� 6�

B� � ���� B� 6� � ����� -� 8� :��!�� 6� 9�����

�� ��� >� 4� -�� ��� P� 4���� /� 6� ���)�� 6� 9� /'

����� -� >� 3��!�1� B� D� 4������ 4� /� 4���!��� ��

�� 4� -� ������ �!���� ��� ���� ����!� �� ��� �

"����� !��'��� ����< 3�� �KJ3 K(�� �!����

�������� 473� %�%�O%�%=� %55=�

D���� P� /�� ���������� ��� ���� 4� ���� '@� ��� .��

P� �� %5=��

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 20: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

� �� 4� >�� K0����" ��! �� ��� !���� !������< B ) ��

� �� !����� '���� ����� ����� ����� ;3� %%�5%�O%%�5%=�

%55��

�� ��� ;�� �� -� J� 8��������� K(�� �!���� ���� ����

�� ��� �1�!�� �) ��� � ����1 !����� ���� !����� ��

-�)� !���� �� ��� ��������� ��� ���!�� �� ���&

��� "��� 233� %����%O%����5� %55��

�� ��� ;�� �� -� J� 8��������� K(�� �!���� ���� ����

�� ��� �1�!�� �) ��� � ����1 !����� ���� !����<

-�)� !���� �� ��� ��))����� ��� ���!�� �� ������

"��� 233� %5=%O���%� %55�"�

������� /� B�� >� ;� /���!�� >� 3� ; ��� 1� 6� 4� 9��'

���� � �� K� �� :���1� ;������ ������ �� ���� ���

4!�� ��������� �� ������� ��� ���� ����'

�" 3 ����� 4�������� � �!� ��������� �� ���&

��� "��� 79� ���AO����� %5=%�

6������� 8� 3� ��� �� 6� :� -��� �� .� 4��!�,�� �������

�� ��� ���� ���� !����< B� ��� !� �� �"� ����1 �)

��������� �� "1��� �� ��������� �� ������ "��� ;<�

�77%O�7A=� %55��

6��������� -�� B� .����� �� D� :����� � -������ !�'

���� �) !���� ���� "���� ����'�� ����� ����

�� ��� �!� ���������� �� ������ "��� 23:� %=�%��O

%=�%A�� %55=�

8���!��� 9� :�� ;� �� ��� .� 4��!�,�� �� 4������!��

�� �� 6� :� -��� B �+��� �) !��� !�� ���� � ������

�� ��� ���������� � !���� "����� ���� �� �����

���� �� '����� -���� "� ���� !�����6 ���� �� :<<�

�=�O�%=� %55A�

8���!��� 9� :�� .� 4��!�,�� �� @� 6� �� 4��� ��

K(� ���� �) !��'���' ���� "��� ) �! ��� ���������

!���� "1 )����� )��� �) !��� �� ������ �������

������� :8<� A�AOA��� %55��

8���!��� 9� :�� 6� B� ��������� K� B� ���+� �� 8� B�

6� ���� K(�� �!���� �� )��� )������ �� ����"�� �� ���

!���� ���� ��������� �� !��� �(� ���� ) �! ���

!����� �� ������ "��� 233� �A�O�57� %55�"�

8��� J�'/�� �� >� 6� 8� ��� ��� -���������� �) !)�

!��� �� �� ��� �!�������� )� ��� ���� +�������� �)

�� �������'"� ��� "���� !�!�� �� ������ ;:� 75%O

A��� %5=��

8��� J�'/�� �� >� 6� 8� ��� ��� 8������ �) 1��� ���'

�������� �� ��� �1���! ��������')� ��� ���'����� ��� ��

����� 47<� �%O5�� %5=�"�

J������� ��� Q� J�9����� �� �� K����� / ���� �� �'

�� � �) ��� !��'��� ������ �� ��� )��� �� ���� ���

B����� ��� )��� �� ��+����� � ����� �� ���&

��� "��� 82� ���%O����� %577�

J����� �!� /� /�� 6� ;���� I� �����!�� �� �� >� 9� )���

����� !������ �� "��� �(� ���� "1 �0����" ��! �� '

��� )���� �������� 483� %5�=O%57%� %55��

J����� �!� /� /�� -� K� 4!����� �� >� 9� )��� 6� ;����

�� I� �����!�� �������� ���� !��'��� ���� "���

��� �������� *'�� ��� ����0����" � ) �! ��� 4�0��� ��

3 ��)� !� J!��� 4�!������ �� K�� 9�)� >���� ��

������ "��� 235� %�����O%����=� %555�

����� � >� :�� 3�� ��������� ������ /�!���(� �� ��'

��� � /��� ��������� ���������� ����� ����

��� ������ ;9� �AO��� %5=��

����� � >� :�� �� -� �� ����� *�� !)� ��� �)

) �� �',��� ���������� .� �� /����� ����������

-����������� 254� �7%O�=5� %5=A�

.����� B�� B !��� �(� ���� !���� "��� �� �� ��� �

������� �� !���� �� ��������� �� '������� 48� 555O%����

%5=7�

.����� B�� ���� �(� ���� ) �! !���� �� ��������<

�1� �) �� ��� �� �� ��� )��� ���� ����0�����

)� ���� ���� ��+��1� �� (���� -������� ���

�������� ������ "1 �� 9� >1�� ��� %�5O%A�� 6���

����1� .�� P� �� %55��

.����� B�� �� �� 6����� ���� ��!�� �� � ����� ��

�� �������< � ���� "1 �1� ��� ) �� ���� �� '������� 4:�

�7=O�=�� %5=��

.����� B�� �� �� >"�����,� ����� )��� ���� � �

���� �� ����� ��� ��< >������ ���� ��������� ��

���� �� ��� ��� �� ��������� ��� ������� !����&

�����6 ����� ���� !����� ����� '�#��� 2:� %�AO%�%�

%5=��

�G� � �� 6�� 9 �! 1 !�!� �� ��� � ���� �) "�����

����� �� ������ 2� %5O��� %57��

� ����+� 9�� 6� /��!� K� �� ���� �� B� 4��� ;��'

��!�� ���)'� ���,����� ��� 3�� ���+�'��)��� ����

����"����1� 478� %��=O%���� %5=A�

9����� �� ��� 6�� ���� !�� ���� "����� !��'���

�� ����� ���� �� ������ "�� !����� 25� %��= O

%��%� %5=A�

9��� �� -� -�� �� 9� 4����� 3��� ���� ������!����

�� �� ����� �� ) �� �� �� �� ���� ���������

�� )����� H������ +����� ����� �� �������� �� )��� ��

������� (������� �� "���� ������ "1 :� 8� B����'

���� ��� �AAO ��5� B��!�� 4� -����� /��)��

%5=A�

>"�����,� ��� B� .������ �� 6� J� @���� ����� B

������ !��� �))�� �� ���������� � "����� ����

�� ����� ���� �� 0���� '������ ���� !����� 98� 5AO

%�=� %5=��

>������ /� K�� �� -� -� 9��� �� .�!� �� ��!������

�) ) �� � ��� )� !����< B ) �� � !����� !����

��������� ���� �(�� �!���� �"�� +������ �� ������

"��� ;;� 5��5O5�A�� %55��

4� ���� � ��� D� .��!��� �� .��!��� >� 8 �� B�

K��� �� 4� �� >����� � J�!���� "�)� ���� ��1!�� 1

�� � �� 1 �� �� � �� !����� ���� ��� "1 ��'

�� ���� ���� ���+� ����!�,����� �� ���� '������

23;� %�5O%��� %55A�

4����� 9�� �� -� -� 9��� �� 6���� )� !���� �� � ����

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�

Page 21: Geochemistry Geophysics G Geosystemsscience.whoi.edu/labs/mclean210/kelemen/pages/Kelemen et... · 2002-02-13 · B Nl = 0.02 w-2.6 r2 = 0.999 ball outcrop frequency/l 3~~0.02 width-

�� �) ��� 4�� .�+�� ����� ���� ��� ������ ;5�

�7�O�A�� %5=��

4�!�� 8� �� ��� -� 6� -�9���� �� 3� �� ���� �� 4�

:�� ����� 4� 6� ;��������� �� -� B� /����� ��'

����!� �) !�! ���� ���� "����� ���� ��

!��'��� �����< * ���!2��� ��! �� �! ��!2���'

�1!��! ������� �+������ �������� 498� ��=O�%��

%55��

4��� � J�� �� 6���� -� �8��,��� �� 8� ; ��+���� -�'

������� �))��� �� !���� !������ ���� �����< >�'

����� ) �! ��� �� ��� � +���� ,���� 0���� '������ ����

!����� 295� %�%O%7�� %55=�

4����� .� �� 3����� �) !�!� ) �! �"�0������ !����

���� ����������< B� ��� ���+� �� !���� ���!��R� ��

������ "��� 7;� %����5O%����%� %5=��

4� ��� -� ��� �� K� �� 9 !����� � ���� �(� ���� ) �!

��� !���� "����� �� ����� ���� �� 0���� '������ ����

!����� 23<� �7=O�AA� %55%�

4������!�� ��� 9�1��� �) !��� �(� ����< 3��� 1� �!'

�������� �� ���������� '����� -���� "� ���� !��&

���6 ���� �� :54� ��O�%� %55��

4������!�� ��� �� 9� 8��1��� 3�� �0�� �!���� )�

��!�� ����0����" ��! �� ��� !�! !�� ����� 0����

'������ ���� !����� 23;� 7%%O7��� %55��

4������!�� ��� �� -� �8��,��� 4�!��� �'- !�����

)� !��� �(� ���� � !��'��� ����� �� ����� ��

0���� '������ ���� !����� 7:� %�AO%��� %5=A�

4������!�� ��� 9� :� 8���!��� �� K� B� ���+� /����

�� ����0����� �) )��� � ���,���� �� ��� !���

� ���� �< 3�� ����� ��)��� ���� ����"����1� �� ���&

��� "��� �� � ���� �����

4����� � K�� B ���� ��� ! )� !��'��� ���� "����<

9 ���!�� 1 ������ �� �!�������� )� ��� ���������

/�����#� (������� '������� 85� %�O�A� %5=��

4�� � ;�� ���� !�� ���� ���� ���� �����< ��)� '

���� ) �! ���+� � ���� � !�������� �) ����

!���� ������ �������� �� '������� 53� �A� O �55�

%555�

3������ K�� /������ ���� �� ��� �!�������� �) � �'

��� ����� �� �� ���� �+�������� ��������� "��� -�&

�� (����� =��+�� 2:� %O�A� %5A=�

3� ����� -� J�� ������ ��� /��� �� ������ ��� ���&

����� ��� ���� �5= ���� /!" ���� *��+� 9 ���� .��

P� �� %55A�

@� � K� K�� 6� /� ����� � 9� :���� 6� B� � ���� B� 6�

� ����� �� K� 8����� >� 4� -�� ��� �� 3� �� : �'

�� � 3�� �� ��� � �) �' �� ���'!�1�'��� ���� ��� �

5 ��� ��� . �� ��� K�� 9�)� >��� ) �! �(�����

�� �� � �)����� �� ������ "��� ;<� %����5O%����7�

%55��

@����� B� ��� �� 4� 6� ;��������� ��7>2���3� ����0����'

" ��! �� (�� �� �))'(�� !��'��� ���� "�����

�������� /�������� ����� <8� %���O%��%� %55��

������� 3� B�� -����� �) ��� " ����� � ��� ������� 77=O

775� %57A�

N�!!� !�� �� K�� -� J� 8��������� �� 4�'�� 8 ���

���� ���� �"����� �� !���� ��� ��)� !�� �� ��� �

������ "�� !����� 49� %���O%��=� %555�

GeochemistryGeophysicsGeosystems G3G3 ������� �� ��� ������ ���������� �� ���� ��� ��� 1999;/����%�