Anorthosit

AlderRediger

Proterozoiske anorthositter er blevet udlagt i løbet af det proterozoiske æon (ca. 2.500-542 Ma), selv om de fleste blev udlagt mellem 1.800 og 1.000 Ma.

ForekomstRediger

Proterozoiske anorthositter forekommer typisk som omfattende lagre eller batholitter. Den arealmæssige udstrækning af anorthosit batholitter varierer fra relativt små (snesevis eller hundreder af kvadratkilometer) til næsten 20.000 km2 (7.700 sq mi), i tilfældet af Nain Plutonic Suite i det nordlige Labrador, Canada.

Større forekomster af proterozoisk anorthosit findes i det sydvestlige USA, Appalacherne (f.eks. Honeybrook Upland i det østlige Pennsylvania), i det østlige Canada (f.eks. Grenville-provinsen), i hele det sydlige Skandinavien og i det østlige Europa. Disse forekomster er kortlagt på den pangæiske kontinentalkonfiguration fra denne eon, og de er alle indeholdt i et enkelt lige bælte og må alle være blevet placeret intrakratonalt. Betingelserne og begrænsningerne for dette oprindelses- og spredningsmønster er uklare. Se dog afsnittet Oprindelse nedenfor.

Relaterede bjergarterRediger

Mange proterozoiske anorthositter forekommer i rumlig sammenhæng med andre meget karakteristiske, samtidige bjergarter: den såkaldte ‘anorthosit-suite’ eller ‘anorthosit-mangerit-charnockit-granit (AMCG)-komplekset’.

Disse bjergarter kan omfatte:

• Mangerit: en pyroxenholdig monzonit intrusiv magmatisk bjergart
• Charnockit: En ortoproxenholdig kvarts-feldspat-sten, der engang blev anset for at være en intrusiv magmatisk bjergart, nu anerkendt som metamorf
• Jernrige felsiske bjergarter, herunder monzonit og rapakivi granit
• Jernrig diorit, gabbro, og norit
• Leucokratiske mafiske bjergarter som leucotroctolit og leuconorit

Og selv om disse bjergarter er samtidig gamle, repræsenterer de sandsynligvis kemisk uafhængige magmaer, der sandsynligvis er produceret ved smeltning af landbjergarter, som anorthositterne er trængt ind i.

Væsentligt er det, at store mængder ultramafiske bjergarter ikke findes i forbindelse med proterozoiske anorthositter.

Fysiske egenskaberRediger

Da de primært består af plagioklas-feltspat, fremstår de fleste proterozoiske anorthositter i udbrud som grå eller blålige. Individuelle plagioklaskrystaller kan være sorte, hvide, blå eller grå og kan udvise en irisering kendt som labradorescens på friske overflader. Feldspatvarianten labradorit er almindeligvis til stede i anorthositter. Mineralogisk set er labradorit en sammensætningsbetegnelse for enhver calciumrig plagioklas-feldspat, der indeholder 50-70 molekylære procent anorthit (An 50-70), uanset om den udviser labradorescens eller ej. Det mafiske mineral i proterozoisk anorthosit kan være clinopyroxen, ortopyroxen, olivin eller, mere sjældent, amfibol. Oxider, såsom magnetit eller ilmenit, er også almindelige.

De fleste anorthositplutoner er meget grovkornede; det vil sige, at de enkelte plagioklaskrystaller og det ledsagende mafiske mineral er mere end et par centimeter lange. Det er mindre almindeligt, at plagioklaskrystaller er megakrystallinske eller større end en meter lange. De fleste proterozoiske anorthositter er imidlertid deformerede, og sådanne store plagioklaskrystaller har omkrystalliseret sig til mindre krystaller og efterlader kun omridset af de større krystaller.

Mens mange proterozoiske anorthositplutoner tilsyneladende ikke har nogen reliktiske magmatiske strukturer i stor skala (de har i stedet deformationsstrukturer fra tiden efter udlægning), har nogle af dem magmatiske lagdeling, som kan være defineret ved krystalstørrelse, mafikt indhold eller kemiske egenskaber. En sådan lagdeling har tydeligvis oprindelse med en rheologisk flydende magma.

Kemiske og isotopiske egenskaberRediger

Proterozoiske anorthositter er typisk >90% plagioklas, og plagioklas-sammensætningen er almindeligvis mellem An40 og An60 (40-60% anorthit). Dette sammensætningsområde er mellemliggende og er et af de karakteristika, der adskiller proterozoiske anorthositter fra arkæiske anorthositter (som typisk er >An80).

Proterozoiske anorthositter har ofte betydelige mafiske komponenter ud over plagioklas. Disse faser kan omfatte olivin, pyroxen, Fe-Ti-oxider og/eller apatit. Mafiske mineraler i proterozoiske anorthositter har en bred vifte af sammensætning, men er generelt ikke stærkt magnesianske.

Sporelementkemien i proterozoiske anorthositter og de tilhørende bjergarter er blevet undersøgt ret detaljeret af forskere med det formål at nå frem til en plausibel genetisk teori. Der er dog stadig ikke stor enighed om, hvad resultaterne betyder for anorthositgenese; se afsnittet “Oprindelse” nedenfor. En meget kort liste over resultater, herunder resultater for bjergarter, der menes at være relateret til proterozoiske anorthositter,

En del forskning har fokuseret på isotopbestemmelser af neodymium (Nd) og strontium (Sr) for anorthositter, især for anorthositter fra Nain Plutonic Suite (NPS). Sådanne isotopbestemmelser er nyttige til at vurdere levedygtigheden af potentielle kilder til magmaer, der har givet anledning til anorthositter. Nogle af resultaterne er beskrevet nedenfor i afsnittet ‘Oprindelse’.

Orthopyroxen megakryster med højt aluminiumoxidindhold (HAOMs)Rediger

Mange anorthositter fra proterozoisk alder indeholder store krystaller af ortoproxen med karakteristiske sammensætninger. Disse er de såkaldte high-alumina orthopyroxene megacrysts (HAOMs).

HAOMs er karakteristiske, fordi 1) de indeholder højere mængder Al end det, der typisk ses i orthopyroxener; 2) de er skåret af talrige tynde lister af plagioklas, som kan repræsentere exsolutionslameller; og 3) de synes at være ældre end de anorthositter, hvori de er fundet.

Oprindelsen af HAOMs er omdiskuteret.

En mulig model foreslår, at under anorthositdannelsen blev en fra kappen afledt smelt (eller delvist krystallinsk grød) sprøjtet ind i den nedre skorpe og begyndte at krystallisere. HAOMs ville have udkrystalliseret i løbet af denne tid, måske så længe som 80-120 millioner år. Den HAOM-holdige smelte kan derefter være steget op til den øvre skorpe. Denne model understøttes af det faktum, at aluminium er mere opløseligt i ortopyroxen ved højt tryk. I denne model repræsenterer HAOM’erne kumulativer fra den nedre skorpe, der er relateret til anorthosit-kilde-magmaet.

Et problem med denne model er, at den kræver, at anorthosit-kilde-magmaet skal sidde i den lave skorpe i lang tid. For at løse dette problem foreslår nogle forfattere, at HAOM’erne kan være dannet i den nedre skorpe uafhængigt af anorthosit-kilde-magmaen. Senere kan anorthosit-kilde-magmaet have medtaget stykker af den HAOM-bærende nedre skorpe på sin vej opad.

Andre forskere mener, at HAOM’ernes kemiske sammensætninger er et produkt af hurtig krystallisation ved moderat eller lavt tryk, hvilket helt eliminerer behovet for en oprindelse i den nedre skorpe.

Oprindelsen af proterozoiske anorthositterRediger

Oprindelsen af proterozoiske anorthositter har været genstand for teoretisk debat i mange årtier. En kort sammenfatning af dette problem er som følger:

Problemet begynder med dannelsen af magma, den nødvendige forløber for enhver magmatisk sten.

Magma, der dannes ved små mængder af delvis smeltning af kappen, er generelt af basaltisk sammensætning. Under normale forhold kræver sammensætningen af basaltisk magma, at det krystalliserer mellem 50 og 70 % plagioklas, mens størstedelen af den resterende del af magmaet krystalliserer som mafiske mineraler. Anorthositter er imidlertid defineret ved et højt indhold af plagioklas (90-100 % plagioklas) og findes ikke i forbindelse med samtidige ultramafiske bjergarter. Dette er nu kendt som “anorthositproblemet”. Der er blevet foreslået forskellige løsninger på anorthositproblemet, og mange af forslagene bygger på forskellige geologiske underdiscipliner.

Det blev tidligt i anorthositdebattens historie foreslået, at en særlig type magma, anorthositisk magma, var blevet dannet i dybden og indlejret i jordskorpen. Solidus for en anorthositisk magma er imidlertid for høj til, at den kan eksistere som væske i meget lang tid ved normale omgivelsestemperaturer i jordskorpen, så dette synes usandsynligt. Tilstedeværelsen af vanddamp har vist sig at kunne sænke solidustemperaturen for anorthositisk magma til mere rimelige værdier, men de fleste anorthositter er relativt tørre. Man kan derfor postulere, at vanddamp bliver drevet væk ved efterfølgende metamorfisme af anorthositten, men nogle anorthositter er ikke deformerede, hvilket gør forslaget ugyldigt.

Fundet, i slutningen af 1970’erne, af anorthositiske dykes i Nain Plutonic Suite, foreslog, at muligheden for anorthositiske magmaer, der eksisterer ved skorpe-temperaturer, skulle genundersøges. Senere blev det imidlertid vist, at dykningerne var mere komplekse, end man oprindeligt troede.

Sammenfattende kan man sige, at selv om processer i flydende tilstand tydeligvis fungerer i nogle anorthositplutoner, er plutonerne sandsynligvis ikke afledt af anorthositmagmaer.

Mange forskere har hævdet, at anorthositter er produkter af basaltisk magma, og at der er sket en mekanisk fjernelse af mafiske mineraler. Da de mafiske mineraler ikke findes sammen med anorthositterne, må disse mineraler være blevet efterladt på enten et dybere niveau eller i bunden af skorpen. En typisk teori er som følger: Delvis smeltning af kappen skaber en basaltisk magma, som ikke straks stiger op i skorpen. I stedet danner den basaltiske magma et stort magmakammer ved bunden af skorpen og fraktionerer store mængder af mafiske mineraler, som synker ned i bunden af kammeret. De samkrystalliserende plagioklas-krystaller flyder og bliver til sidst indlejret i skorpen som anorthositplutoner. De fleste af de synkende mafiske mineraler danner ultramafiske kumulativer, som forbliver i bunden af skorpen.

Denne teori har mange tiltalende egenskaber, hvoraf den ene er evnen til at forklare den kemiske sammensætning af ortopyroxen megakrysterne med højt aluminiumoxidindhold (HAOM). Dette er nærmere beskrevet nedenfor i afsnittet om HAOM. I sig selv kan denne hypotese imidlertid ikke på en sammenhængende måde forklare oprindelsen af anorthositter, fordi den ikke passer med bl.a. nogle vigtige isotopmålinger, der er foretaget på anorthositiske bjergarter i Nain Plutonic Suite. Nd- og Sr-isotopdataene viser, at den magma, der producerede anorthositterne, ikke kun kan stamme fra kappen. I stedet må den magma, der gav anledning til anorthositterne i Nain Plutonic Suite, have haft en betydelig komponent fra jordskorpen. Denne opdagelse førte til en lidt mere kompliceret version af den tidligere hypotese: Store mængder basaltisk magma danner et magmakammer i bunden af skorpen og assimilerer under krystalliseringen store mængder skorpe.

Dette lille tillæg forklarer både isotopkarakteristikken og visse andre kemiske finesser ved proterozoisk anorthosit. Mindst én forsker har imidlertid på grundlag af geokemiske data overbevisende argumenteret for, at kappens rolle i produktionen af anorthositter faktisk må være meget begrænset: kappen leverer kun impulsen (varmen) til skorpeafsmeltning og en lille mængde delvis smeltning i form af basaltisk magma. Anorthositter stammer således efter denne opfattelse næsten udelukkende fra nedre skorpesmelter.