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Die '''DUPAL-Anomalien''' sind [[Geochemie|geochemische]] [[Anomalie (Geologie)|Anomalien]] in den [[Blei]]-[[Isotop]]enverhältnissen von [[Magma|magmatischen Gesteinen]]. Die Anomalien sind am deutlichsten in [[Basalt]]gesteinen des [[Atlantik|Südatlantiks]], zentralen [[Indischer Ozean|Indiks]] und zentralen [[Pazifik|Westpazifiks]] ausgebildet. Sie sind ein eindeutiges Indiz für großmaßstabige [[Heterogenität (Naturwissenschaft)|Heterogenitäten]] und [[Gemisch|unvollendete Mischvorgänge]] im [[Erdmantel]].

== Bezeichnung ==
Das [[Akronym]] DUPAL leitet sich von den [[Frankreich|französischen]] [[Geochemiker]]n [[Bernard Dupré]] und [[Claude Allègre]] ab, den beiden Entdeckern der Anomalien in [[Basalt]]en des [[Indischer Ozean|Indischen Ozeans]] im Jahr 1983<ref>{{Literatur |Autor=B. Dupré, C. J. Allègre|Jahr=1983|Titel=Pb-Sr isotopic variations in Indian Ocean basalts and mixing phenomena|Sammelwerk=Nature|Band=286|Seiten=17–22}}</ref>. Es ist eine Zusammenziehung der Abkürzung ihrer Familiennamen (Dup + Al). Das Akronym war ein Jahr später von Hart geprägt worden<ref>{{Literatur |Autor=S. R. Hart|Jahr=1984|Titel=The DUPAL anomaly: a large-scale isotopic anomaly in the southern hemisphere|Sammelwerk=Nature|Band=309|Seiten=753–756}}</ref>.

== Definition ==
Die beiden Anomalien sind wie folgt definiert:

Δ 7/4 = [(207Pb/204Pb)DS - (207Pb/204Pb)NHRL] x 100 (1)
Δ 8/4 = [(208Pb/204Pb)DS - (208Pb/204Pb)NHRL] x 100 (2)

wobei Δ 7/4 die Anomalie des Blei-Isotopenverhältnisses 207Pb/204Pb darstellt und Δ 8/4 die Anomalie von 208Pb/204Pb. Das Subskript DS bezieht sich auf den Datensatz der untersuchten Probe, das Subskript NHRL ist der Referenzdatensatz, mit dem die Probe verglichen wird. Die DUPAL-Anomalien werden außerdem von erhöhten Δ Sr-Werten begleitet, die ihrerseits wie folgt definiert sind:

ΔSr = [87Sr/86Sr – 0.7030] × 104 (3)

Das Subskript [[NHRL]] leitet sich ab von [[Englische Sprache|engl.]] ''Northern Hemisphere Reference Line'' oder manchmal auch ''Northern Hemisphere Regression Line'' (Nordhemisphären-Referenzlinie bzw. Nordhemisphären-Regressionslinie). Die NHRL wird nun ihrerseits für die beiden Isotopenverhältnisse wie folgt definiert:

207Pb/204Pb = 0,1084(206Pb/204Pb) + 13,491 (4)
208Pb/204Pb = 1,2090(206Pb/204Pb) + 15,627 (5)

[[Datei:DUPAL.png|miniatur|300px|Δ 8/4-Diagramm mit Position der DUPAL-Gruppe im Vergleich zur NHRL und zu MORB-Basalten des Mittelatlantischen Rückens (MAR) und des Ostpazifischen Rückens (EPR)]]

Die beiden Anomalien Δ 7/4 und Δ 8/4 sind ein absolutes Maß, wie sehr sich untersuchte, magmatische Gesteine von der Referenzlinie bzw. Regressionslinie unterscheiden.

Auf der NHRL liegen die Datensätze von MORB-Basalten des [[Mittelatlantischer Rücken|Mittelatlantischen Rückens]] (MAR – Mid Atlantic Ridge), des [[Ostpazifischer Rücken|Ostpazifischen Rückens]] (EPR – East Pacific Rise) sowie von ozeanischen Inselbasalten (OIB-Basalten) wie [[Hawaii]], [[Island]], [[Azoren]], [[Kanarische Inseln]] und [[Kapverdische Inseln]]. Ihre DUPAL-Anomalien liegen definitionsgemäß bei Null.
Oberhalb der NHRL gelegene Datensätze sind positive, unterhalb gelegene Datensätze negative DUPAL-Anomalien.

=== Beispiel ===
Nach Eintragen des Datensatzes im 207Pb/204Pb - 206Pb/204Pb-Diagramm bzw. im 208Pb/204Pb - 206Pb/204Pb-Diagramm werden die Werte auf der jeweiligen Abszisse abgelesen, der korrespondierende NHRL-Wert wird subtrahiert und das Ergebnis mit dem Faktor 100 multipliziert.

Die DUPAL-Anomalien können aber auch direkt anhand der oben angeführten Formeln berechnet werden. Als Beispiel mag der Datensatz eines [[Tiefseeberg|Seamount]]-Basaltglases aus dem Südatlantik bei 26° 30' dienen (Datensatz von M. Regelous<ref name=Regelous>{{Literatur |Autor=M. Regelous|Jahr=2008|Titel=Shallow origin for South Atlantic Dupal Anomaly from lower continental crust: Geochemical evidence from the Mid-Atlantic Ridge at 26°S|Sammelwerk=Lithos|Band=112|Seiten=57–72}}</ref>):

206Pb/204Pb: 18,2411
207Pb/204Pb: 15,5476
208Pb/204Pb: 38,1807

Anhand von (5) wird zuerst der 208Pb/204Pb-Wert auf der NHRL berechnet und dann in (2) eingesetzt:

208Pb/204Pb = 1,209*18,2411 + 15,627 = 22,0535 + 15,627 = 37,6805

Δ 8/4 = [38,1807 - 37,6805]*100 = 0,5002*100 = 50,02

Der Seamount hat eine positive Δ 8/4-Anomalie von + 50,02. Für Δ 7/4 wird analog verfahren, es ergibt sich der Wert + 37,12.

== DUPAL-Gruppe ==
Ozeanische Gesteine der so genannten DUPAL-Gruppe haben positive DUPAL-Anomalien, die beispielsweise für das Verhältnis Δ 8/4 Werte bis zu + 141 annehmen können (wie der [[Ninety East Ridge]] auf Äquatorhöhe im Indik). Negative DUPAL-Anomalien sind wesentlich seltener und weniger deutlich ausgeprägt (siehe [[St. Helena (Insel)|Sankt Helena]] mit – 69).

Die positiven DUPAL-Anomalien bilden ein bei 30 bis 40° südlicher Breite gelegenes Band. Ihr Maximum erstreckt sich vom Mittelatlantischen Rücken in den zentralen Indik und in den westlichen Zentralpazifik. Zur DUPAL-Gruppe gehören im Südatlantik [[Tristan da Cunha]], [[Gough-Insel|Gough]], der [[Discovery-Seamount]], der [[Rio-Grande-Rücken]], der [[Walfischrücken]] und die [[Paraná-Basalt]]e/[[Etendeka-Basalt]]e, im Indik [[Amsterdam-Insel|Amsterdam]], [[Saint-Paul und Amsterdam|Saint-Paul]], [[Crozetinseln|Crozet]] und [[Kerguelen]] sowie im Pazifik [[Rarotonga]]. Eine etwas undeutlichere Ausdehnung vom Südatlantik in Richtung [[Oceanographer Fracture Zone]] und Azoren kann ebenfalls ausgemacht werden.

Die DUPAL-Anomalien des Westpazifiks wurden 1989 von Castillo abgetrennt und als [[SOPITA]]-Anomalie (engl. ''South Pacific Isotope and Thermal Anomaly'' – Südpazifische Isotopen- und Wärmeanomalie) neu bezeichnet.

Neben diesen klassischen DUPAL-Vorkommen wurden mittlerweile DUPAL-Signaturen auch in magmatischen Gesteinen der [[Philippinische Platte|Philippinischen Platte]]<ref>{{Literatur |Autor=R. Hickey-Vargas|Jahr=1991|Titel=Isotope characteristics of submarine lavas from the Philippine Sea: implications for the origin of arc and basin magmas of the Philippine tectonic plate|Sammelwerk=Earth and Planetary Science Letters|Band=107, 2|Seiten=290–304}}</ref> und [[China|Ostchinas]], in [[Ophiolith]]en [[Taiwan (Insel)|Taiwan]]s<ref>{{Literatur |Autor=S-L. Chung, S-S. Sun|Jahr=1992|Titel=A new genetic model for the East Taiwan Ophiolite and its implications for Dupal domains in the Northern Hemisphere|Sammelwerk=Earth and Planetary Science Letters|Band=109|Seiten=133–145}}</ref>, im [[Japanisches Meer|Japanischen Meer]]<ref>{{Literatur |Autor=M. Tatsumoto, Y. Nakamura|Jahr=1991|Titel=DUPAL anomaly in the Sea of Japan: Pb, Nd and Sr isotopic variations at the eastern Eurasian continental margin|Sammelwerk=Geochimica et Cosmochimica Acta|Band=55, 12|Seiten=3697–3708}}</ref>, in [[Sibirien|Ostsibirien]] ([[Miozän|miozäne]] Basalte im [[Ostsajan]])<ref>{{Literatur |Autor=E. Demonterova|Jahr=2009|Titel=Lithospheric origin of the DUPAL anomaly: A case study of a suite of Miocene basalts across the Siberian craton boundary|Sammelwerk=Geophysical Research Abstracts|Band=Band 11|Herausgeber=EGU General Assembly}}</ref> und in der [[Arktis]] gefunden.

== Mischvorgänge ==
Die Datensätze von Gesteinen der DUPAL-Gruppe sind alle oberhalb der NHRL angesiedelt, entlang derer abgereicherte [[Asthenosphäre]]n-Magmen (engl. ''Depleted Mantle'' oder ''DM'' – manchmal auch ''Depleted Mantle Magma'' oder ''DMM'') der ozeanischen Rücken zu liegen kommen. Die DUPAL-Gesteine haben sich demzufolge in ihren Isotopenverhältnissen von der DM-Komponente in Richtung angereicherter Magmen (engl. ''Enriched Mantle'' oder ''EM'') hinbewegt. Dies kann in erster Näherung mit einem binären Mischvorgang erklärt werden. Datensätze aus dem Indischen Ozean legen nahe, dass noch eine zusätzliche Komponente – die so genannte ''Sankt-Helena-Komponente'' (''SHC'') – zugegen war, die unterhalb der NHRL liegt und sich durch recht hohe 206Pb/204Pb –Verhältnisse auszeichnet. Neuerdings werden darüber hinaus auch noch weitere Mischkomponenten ins Spiel gebracht, wie beispielsweise die Sedimentkomponenten ''EM I'' (pelagische Sedimente plus oberhalb der Subduktionszone liegender Mantel) und ''EM II'' (kontinentale Sedimente), ''[[HIMU]]'' (engl. ''high mu'' – rezyklierte ozeanische Kruste) und ''[[PREMA]]''/''[[FOZO]]'' (engl. ''prevalent mantle''/''focal zone'' – nicht angereicherte Untermantelkomponente).

== Geophysik ==
=== Geoidanomalie ===
Es besteht eine sehr gute Korrelation zwischen dem DUPAL-Anomalienmuster und einer äquatorialen Aufbeulung des [[Geoid]]s, welche gemäß Busse einer Auftriebszone des tieferen [[Erdmantel]]s entspricht<ref>{{Literatur |Autor=F. H. Busse|Jahr=1983|Titel=Quadrupole convection in the lower mantle|Sammelwerk=Geophys. Res. Lett.|Band=10|Seiten=285–288}}</ref>. Die DUPAL-Anomalie könnte somit möglicherweise die charakteristische Handschrift des tieferen Erdmantels tragen.

=== Seismik ===
Der untere Mantel weist im Bereich der DUPAL-Anomalien eine verringerte [[Geschwindigkeit]] der [[Seismik|seismischen]] [[Seismische Welle|P-Wellen]] auf (engl. ''Low Velocity Region'' – ''LVR''), die im Südatlantik bis zu – 25 m/s und im äquatorialen Westpazifik bis zu – 30 m/s betragen kann. Da seismische Wellen sich in weniger dichten Medien langsamer ausbreiten ist er in diesen Bereichen folglich wesentlich wärmer, was auf ein eventuelles Aufwallen hindeutet<ref name=Castillo>{{Literatur |Autor=P. Castillo|Jahr=1988|Titel=The Dupal anomaly as a trace of the upwelling lower mantle|Sammelwerk=Nature|Band=336|Seiten=667–670}}</ref>. Die Low Velocity Region des unteren Mantels weist darüber hinaus eine sehr gute Korrelation mit marinen [[Hot-Spot (Geologie)|Hot-Spots]] auf, die mehrheitlich in diesem Bereich auftreten<ref name=Castillo></ref> (Ausnahmen sind die Hot-Spots von [[Bermuda]], Sankt-Helena und [[Tubuai]]).

== Entstehung ==
Die Entstehung der DUPAL-Anomalien ist nach wie vor umstritten. Es stehen sich generell zwei Erklärungsmuster gegenüber<ref name=Regelous></ref>:
* Vom Erdinnern in Richtung Oberfläche gerichtete [[Dynamischer Auftrieb|Auftriebsbewegungen]] thermischen Ursprungs<ref name=Castillo></ref>:
** [[Diapir]]artiger Auftrieb von angereichertem Mantelmaterial
* Von der Oberfläche in die Tiefe verlaufende Absinkbewegungen:
** [[Subduktion]] von [[Ozeanische Kruste|ozeanischer Kruste]] und deren Sedimenthülle
** Kontamination durch delaminierte, [[Kontinentale Kruste|kontinentale Unterkruste]]<ref>{{Literatur |Autor=S. Escrig|Jahr=2004|Titel=Osmium isotopic constraints on the nature of the DUPAL anomaly from Indian mid-ocean-ridge basalts|Sammelwerk=Nature|Band=431|Seiten=59–63}}</ref>
** Absinkender subkontinentaler Lithosphärenmantel

Das Auftriebsmodell besitzt mehrere Varianten, die sich auf den Ursprungsort der Diapire beziehen. Manche Autoren sehen ihn an der [[Kern-Mantel-Grenze]] (engl. ''core mantle boundary layer'' oder ''CMBL''), andere an der [[660-km-Diskontinuität]] zwischen Oberem und Unterem Erdmantel. Ein gleichzeitiges nebeneinander beider Auftriebssysteme wird ebenfalls für möglich gehalten.

Auch das Absinkmodell kennt mehrere Varianten. So geht beispielsweise das Krusten-Kontaminationsmodell von kontinentalem [[Rifting]] im Zusammenhang mit dem Zerfall [[Gondwana]]s aus, welches im Südatlantik vor 132 Millionen Jahren [[Before Present|BP]] in der [[Kreide (Geologie)|Unterkreide]] begann. Die dabei stattfindende [[Delamination (Geologie)|Delamination]] der mafischen Unterkruste wurde vom oberen Mantel absorbiert und veränderte seine Isotopenverhältnisse in Richtung der DUPAL-Anomalien. Beispielsweise dokumentieren die beim Auseinanderbrechen von [[Südamerika]] und [[Afrika]] entstandenen Parana-Etendeka-Basalte sehr hohe DUPAL-Werte.

Manche Forscher halten auch einen das Isotopenverhältnis verändernden, außerirdischen Eintrag durch [[Meteorit]]en durchaus für möglich.

== Weblinks ==
* [http://www.mantleplumes.org/WebDocuments/Regelous2009.pdf Beitrag von M. Regelous über DUPAL-Anomalien vom MAR bei 26°S] (PDF; 983 kB)

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Geochemie]]
[[Kategorie:Petrologie]]

DUPAL-Anomalien - Versionsgeschichte

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