Anortozity

AgeEdit

Proterozoické anortozity byly uloženy během proterozoického eonu (cca 2 500-542 mil. let), i když většina z nich byla uložena mezi 1 800 a 1 000 mil. let.

OccurrenceEdit

Proterozoické anortozity se obvykle vyskytují jako rozsáhlé zásoby nebo batolity. Plošný rozsah anortozitových batolitů se pohybuje od relativně malých (desítky nebo stovky km2) až po téměř 20 000 km2 (7 700 km2), v případě Nainské plutonické suity v severním Labradoru v Kanadě.

Významné výskyty proterozoických anortozitů se nacházejí na jihozápadě USA, Appalačském pohoří (např. Honeybrookská vrchovina ve východní Pensylvánii), ve východní Kanadě (např. provincie Grenville), v celé jižní Skandinávii a východní Evropě. Při mapování na konfiguraci pangejského kontinentu v tomto eonu jsou všechny tyto výskyty obsaženy v jediném přímém pásu a všechny musely být umístěny intracelulárně. Podmínky a omezení tohoto vzorce vzniku a rozšíření nejsou jasné. Viz však oddíl Původ níže.

Příbuzné horninyEdit

Mnoho proterozoických anortozitů se vyskytuje v prostorové asociaci s dalšími velmi výraznými, soudobými typy hornin: takzvanou „anortozitovou suitou“ nebo „anortozit-mangerit-charnockit-granitovým (AMCG) komplexem“.

Tyto typy hornin mohou zahrnovat:

• Mangerit: pyroxenonosná monzonitová intruzivní vyvřelá hornina
• Charnockit: Kdysi byla považována za intruzivní vyvřelinu, dnes je považována za metamorfovanou horninu
• Felsické horniny bohaté na železo, včetně monzonitu a rapakivi granitu
• Diorit bohatý na železo, gabro, a norit
• Leukokratní mafické horniny, jako je leukotroktolit a leukonorit

Ačkoli jsou tyto horniny souvrství, pravděpodobně představují chemicky nezávislá magmata, která pravděpodobně vznikla tavením venkovských hornin, do nichž anortozity intrudovaly.

Důležité je, že ve spojení s proterozoickými anortozity se nevyskytují velké objemy ultramafických hornin.

Fyzikální charakteristikyEdit

Protože jsou složeny převážně z plagioklasového živce, většina proterozoických anortositů se ve výchozu jeví jako šedé nebo namodralé. Jednotlivé krystaly plagioklasu mohou být černé, bílé, modré nebo šedé a na čerstvém povrchu mohou vykazovat iridescenci známou jako labradorescence. V anortositech se běžně vyskytuje živcová odrůda labradorit. Mineralogicky je labradorit termín pro složení jakéhokoli plagioklasového živce bohatého na vápník, který obsahuje 50-70 molekulárních procent anorthitu (An 50-70), bez ohledu na to, zda vykazuje labradorescenci. Mafickým minerálem v proterozoickém anortozitu může být klinopyroxen, ortopyroxen, olivín nebo vzácněji amfibol. Časté jsou také oxidy, jako je magnetit nebo ilmenit.

Většina anortozitových plutonů je velmi hrubozrnná, to znamená, že jednotlivé krystaly plagioklasu a doprovodného mafického minerálu jsou delší než několik centimetrů. Méně často jsou krystaly plagioklasu megakrystalické nebo větší než jeden metr. Většina proterozoických anortozitů je však deformovaná a takto velké krystaly plagioklasu rekrystalizovaly a vytvořily menší krystaly, po nichž zůstaly jen obrysy větších krystalů.

Ačkoli se zdá, že mnoho proterozoických anortozitových plutonů nemá žádné reliktní vyvřelé struktury velkého měřítka (místo toho mají postemplační deformační struktury), některé mají vyvřelé zvrstvení, které může být definováno velikostí krystalů, obsahem mafitu nebo chemickými vlastnostmi. Takové zvrstvení má zjevně původ v reologicky tekutém stavu magmatu.

Chemické a izotopové charakteristikyEdit

Proterozoické anortozity jsou obvykle >90% plagioklasu a složení plagioklasu je běžně mezi An40 a An60 (40-60% anorthitu). Tento rozsah složení je střední a je jednou z charakteristik, které odlišují proterozoické anortozity od archeánských anortozitů (které jsou obvykle >An80).

Proterozoické anortozity mají často kromě plagioklasu i významné mafické složky. Tyto fáze mohou zahrnovat olivín, pyroxen, Fe-Ti oxidy a/nebo apatit. Mafické minerály v proterozoických anortozitech mají širokou škálu složení, ale obecně nejsou vysoce hořečnaté.

Chemie stopových prvků proterozoických anortozitů a s nimi spojených typů hornin byla poměrně podrobně zkoumána badateli s cílem dospět k věrohodné genetické teorii. Stále však panuje jen malá shoda v tom, co tyto výsledky znamenají pro genezi anortozitů; viz oddíl „Původ“ níže. Velmi stručný seznam výsledků, včetně výsledků pro horniny, o nichž se předpokládá, že souvisejí s proterozoickými anortosity,

Některé výzkumy se zaměřily na izotopová stanovení neodymu (Nd) a stroncia (Sr) pro anortosity, zejména pro anortosity nainské plutonické svity (NPS). Tato izotopová stanovení jsou užitečná pro posouzení životaschopnosti potenciálních zdrojů magmat, která dala vzniknout anortozitům. Některé výsledky jsou podrobně popsány níže v části „Původ“.

Vysokohlinité ortopyroxenové megakrystaly (HAOMs)Edit

Mnohé anortozity proterozoického stáří obsahují velké krystaly ortopyroxenu s charakteristickým složením. Jedná se o tzv. megakrystaly ortopyroxenu s vysokým obsahem hliníku (HAOM).

HAOM jsou charakteristické tím, že 1) obsahují vyšší množství Al, než se obvykle vyskytuje v ortopyroxenech; 2) jsou prořezány četnými tenkými latami plagioklasu, které mohou představovat exsoluční lamely; a 3) jsou zřejmě starší než anortozity, v nichž se vyskytují.

O původu HAOM se vedou diskuse.

Jeden z možných modelů předpokládá, že během vzniku anortozitů byla do spodní kůry vstříknuta tavenina (nebo částečně krystalická kaše) pocházející z pláště a začala krystalizovat. HAOM by během této doby vykrystalizoval, možná až za 80-120 milionů let. Tavenina nesoucí HAOM pak mohla vystoupit do svrchní kůry. Tento model podporuje skutečnost, že hliník je za vysokého tlaku rozpustnější v ortopyroxenu. V tomto modelu HAOM představují kumuláty spodní kůry, které souvisejí s anortozitovým zdrojem-magmatem.

Jedním problémem tohoto modelu je, že vyžaduje, aby anortozitové zdrojové magma sedělo ve spodní kůře po značnou dobu. K vyřešení tohoto problému někteří autoři navrhují, že HAOM mohly vzniknout ve spodní kůře nezávisle na anortozitovém source-magmatu. Později mohlo anortozitové zdrojové magma na své cestě vzhůru unášet kusy spodní kůry nesoucí HAOM.

Jiní badatelé považují chemické složení HAOM za produkt rychlé krystalizace při středních nebo nízkých tlacích, což zcela vylučuje potřebu původu ve spodní kůře.

Původ proterozoických anortozitůRedakce

Původ proterozoických anortozitů je předmětem teoretických diskusí již mnoho desetiletí. Stručné shrnutí tohoto problému je následující:

Problém začíná vznikem magmatu, nezbytného předchůdce každé vyvřelé horniny.

Magma vzniklé malým množstvím částečného tání pláště má zpravidla bazaltové složení. Za normálních podmínek musí podle složení bazaltového magmatu krystalizovat 50 až 70 % plagioklasu, přičemž většina zbývajícího magmatu krystalizuje jako mafické minerály. Anortozity jsou však definovány vysokým obsahem plagioklasu (90-100 % plagioklasu) a nevyskytují se ve spojení se současnými ultramafickými horninami. To je nyní známo jako „problém anortozitů“. Navrhovaná řešení problému anortozitů jsou různá, přičemž mnohé návrhy vycházejí z různých geologických subdisciplín.

Na počátku historie diskuse o anortozitech se navrhovalo, že zvláštní typ magmatu, anortozitové magma, vznikl v hloubce a byl umístěn do zemské kůry. Solidus anortozitického magmatu je však příliš vysoký na to, aby mohlo při běžných teplotách okolní kůry dlouho existovat jako kapalina, takže se to jeví jako nepravděpodobné. Bylo prokázáno, že přítomnost vodní páry snižuje teplotu solidusu anortozitového magmatu na přijatelnější hodnoty, ale většina anortozitů je relativně suchá. Lze tedy postulovat, že vodní pára byla vytlačena následným metamorfismem anortozitu, ale některé anortozity jsou nedeformované, což tuto domněnku zneplatňuje.

Objevení anortozitových dyků koncem 70. let 20. století v Nainské plutonické suitě naznačilo, že je třeba znovu prozkoumat možnost existence anortozitových magmat při teplotách zemské kůry. Později se však ukázalo, že hráze jsou složitější, než se původně předpokládalo.

Shrnem lze říci, že ačkoli v některých anortozitových plutonech zjevně působí procesy v tekutém stavu, plutony pravděpodobně nepocházejí z anortozitových magmat.

Mnoho badatelů tvrdí, že anortozity jsou produkty bazaltového magmatu a že došlo k mechanickému odstranění mafických minerálů. Protože se mafické minerály nenacházejí spolu s anortozity, musely být tyto minerály ponechány buď v hlubší úrovni, nebo na bázi kůry. Typická teorie je následující: částečným tavením pláště vzniká bazaltové magma, které okamžitě nevystupuje do kůry. Místo toho bazaltové magma vytvoří velkou magmatickou komoru na bázi kůry a frakcionuje velké množství mafických minerálů, které klesají na dno komory. Spolu krystalizující krystaly plagioklasu se vznášejí a nakonec jsou do kůry umístěny jako anortozitové plutony. Většina potápějících se mafických minerálů tvoří ultramafické kumuláty, které zůstávají na bázi kůry.

Tato teorie má mnoho přitažlivých vlastností, z nichž jednou je schopnost vysvětlit chemické složení megakrystalů ortopyroxenu s vysokým obsahem hliníku (HAOM). To je podrobně popsáno níže v části věnované HAOM. Sama o sobě však tato hypotéza nemůže koherentně vysvětlit vznik anortozitů, protože mimo jiné neodpovídá některým důležitým izotopovým měřením provedeným na anortozitických horninách v nainské plutonické suitě. Izotopová data Nd a Sr ukazují, že magma, z něhož anortozity vznikly, nemohlo pocházet pouze z pláště. Místo toho muselo magma, které dalo vzniknout anortozitům nainské plutonické suity, obsahovat významnou složku kůry. Tento objev vedl k poněkud komplikovanější verzi předchozí hypotézy:

Tento malý dodatek vysvětluje izotopové charakteristiky i některé další chemické zvláštnosti proterozoických anortositů. Přinejmenším jeden badatel však na základě geochemických údajů přesvědčivě argumentoval, že role pláště při produkci anortozitů musí být ve skutečnosti velmi omezená: plášť poskytuje pouze impuls (teplo) pro tavení kůry a malé množství částečné taveniny ve formě bazaltového magmatu. Anortozity tedy podle tohoto názoru pocházejí téměř výhradně z tavenin spodních vrstev zemské kůry.

.