Anortosiitti

IkäEdit

Proterotsooiset anortosiitit ovat syntyneet proterotsooisen eonin aikana (n. 2 500-542 Ma), joskin suurin osa on syntynyt 1 800-1 000 Ma:n välisenä aikana.

EsiintyminenEdit

Proterotsooiset anortosiitit esiintyvät tyypillisesti laaja-alaisina varastoina tai batoliitteina. Anortosiittisten batholiittien pinta-ala vaihtelee suhteellisen pienestä (kymmeniä tai satoja neliökilometrejä) lähes 20 000 neliökilometriin (7 700 neliökilometriä), kuten esimerkiksi Nainin plutonisessa sviitissä Pohjois-Labradorissa, Kanadassa.

Proterotsooisen anortosiitin tärkeimmät esiintymät ovat Lounais-USA:ssa, Appalakkien vuoristossa (esim. Honeybrookin ylängöllä Pennsylvanian itäosassa), Kanadan itäosassa (esim. Grenvillen provinssissa), koko Etelä-Skandinaviassa ja Itä-Euroopassa. Kun nämä esiintymät kartoitetaan tuon aikakauden Pangan mantereeseen, ne ovat kaikki yhden suoran vyöhykkeen sisällä, ja niiden kaikkien on täytynyt syntyä intrakratonaalisesti. Tämän synty- ja levinneisyysmallin edellytykset ja rajoitukset eivät ole selvillä. Ks. kuitenkin jäljempänä kohta Alkuperä.

Liittyvät kivilajit Muokkaa

Monet proterotsooiset anortosiitit esiintyvät alueellisessa yhteydessä muiden hyvin omaleimaisten, samanaikaisten kivilajien kanssa: niin sanottu ”anortosiittisukupolvi” tai ”anortosiitti-mangeriitti-karnokkiitti-graniittikompleksi”.

Näihin kivilajeihin voi kuulua:

• mangeriitti: pyrokseenipitoinen monzoniittinen intruusiivinen magmakivi
• charnokkiitti: ortopyrokseenipitoinen kvartsi-gleisälpäpitoinen kivi, jota aikoinaan pidettiin intruusiivisena magmakivenä, mutta joka nykyään tunnustetaan metamorfiseksi
• Rautapitoiset felsiset kivet, mukaan lukien monzoniitti ja rapakivigraniitti
• Rautapitoinen dioriitti, gabro, ja noriitti
• Leukokraattiset mafiset kivet, kuten leukotroktoliitti ja leukokonoriitti

Vaikka nämä kivet ovat samanikäisiä, ne edustavat todennäköisesti kemiallisesti riippumattomia magmoja, jotka ovat todennäköisesti syntyneet sulattamalla maannoskalliota, johon anortosiitit tunkeutuivat.

Tärkeää on, että proterotsooisten anortosiittien yhteydessä ei esiinny suuria määriä ultramafisia kiviä.

Fysikaaliset ominaisuudetEdit

Koska ne koostuvat pääasiassa plagioklaasimaasälvästä, useimmat proterotsooiset anortosiitit näyttävät paljastumissa harmailta tai sinertäviltä. Yksittäiset plagioklaasikiteet voivat olla mustia, valkoisia, sinisiä tai harmaita, ja niissä voi tuoreilla pinnoilla esiintyä labradoresenssiksi kutsuttua irisointia. Maasälpälajike labradoriitti esiintyy yleisesti anortosiiteissa. Mineralogisesti labradoriitti on koostumustermi kaikille kalsiumrikkaille plagioklaasimaasälpälajeille, jotka sisältävät 50-70 molekyyliprosenttia anortiittia (An 50-70), riippumatta siitä, onko niissä labradoresenssiä. Proterotsooisen anortosiitin mafinen mineraali voi olla klinopyrokseeni, ortopyrokseeni, oliviini tai harvemmin amfiboli. Myös oksidit, kuten magnetiitti tai ilmeniitti, ovat yleisiä.

Useimmat anortosiittiplutoniitit ovat hyvin karkearakeisia; toisin sanoen yksittäiset plagioklaasikiteet ja niihin liittyvä mafinen mineraali ovat yli muutaman senttimetrin pituisia. Harvemmin plagioklaasikiteet ovat megakiteisiä eli yli metrin pituisia. Useimmat proterotsooiset anortosiitit ovat kuitenkin deformoituneita, ja tällaiset suuret plagioklaasikiteet ovat kiteytyneet uudelleen muodostaen pienempiä kiteitä, jolloin jäljelle on jäänyt vain suurempien kiteiden ääriviivat.

Vaikka monissa proterotsooisissa anortosiittiplutoneissa ei näytä olevan laajamittaisia reliktisiä kiillegneissirakenteita (niillä on pikemminkin siirtymisen jälkeisiä deformaatiorakenteita), joissakin on kiillegneissirakenteista kerrostuneisuutta, joka voi määräytyä kristallien koon, mafiittisen aineksen pitoisuuksien tai kemiallisten ominaisuuksien perusteella. Tällainen kerrostuneisuus on selvästi peräisin reologisesti nestemäisen olomuodon omaavasta magmasta.

Kemialliset ja isotooppiset ominaisuudet Muokkaa

Proterotsooiset anortosiitit ovat tyypillisesti >90-prosenttisesti >90-prosenttisesti plagioklaasia, ja plagioklaasikoostumus vaihtelee tavallisesti välillä An40-An60 (40-60-prosenttinen anortiitti). Tämä koostumuksen vaihteluväli on välimuoto, ja se on yksi niistä ominaisuuksista, jotka erottavat proterotsooiset anortosiitit arkeeisista anortosiiteista (jotka ovat tyypillisesti >An80).

Proterotsooisissa anortosiiteissa on usein merkittäviä mafisia komponentteja plagioklaasin lisäksi. Näitä faaseja voivat olla oliviini, pyrokseeni, Fe-Ti-oksidit ja/tai apatiitti. Proterotsooisten anortosiittien mafiset mineraalit ovat koostumukseltaan hyvin erilaisia, mutta ne eivät yleensä ole voimakkaasti magneettisia.

Tutkijat ovat tutkineet proterotsooisten anortosiittien ja niihin liittyvien kivilajien hivenainekemiaa melko yksityiskohtaisesti tavoitteenaan saada aikaan uskottava geneettinen teoria. Siitä, mitä tulokset merkitsevät anortosiittien synnyn kannalta, ei kuitenkaan ole vieläkään päästy yksimielisyyteen; ks. jäljempänä kohta ”Alkuperä”. Hyvin lyhyt luettelo tuloksista, mukaan lukien tulokset kivistä, joiden uskotaan liittyvän proterotsooisiin anortosiitteihin,

Jossain tutkimuksissa on keskitytty anortosiittien neodyymi- (Nd) ja strontiumin (Sr) isotooppimäärityksiin, erityisesti Nainin plutonisen sviitin (NPS) anortosiiteista. Tällaisista isotooppimäärityksistä on hyötyä arvioitaessa anortosiitteja synnyttäneiden magmojen mahdollisten lähteiden elinkelpoisuutta. Joitakin tuloksia käsitellään yksityiskohtaisesti jäljempänä kohdassa ”Alkuperä”.

Korkea-alumiinipitoiset ortopyrokseenimegakristallit (HAOMit)Edit

Monissa proterotsooisen iän anortosiiteissa on suuria ortopyrokseenikiteitä, joilla on ominainen koostumus. Nämä ovat niin sanottuja korkean alumiinioksidipitoisuuden ortopyrokseenimegakiteitä (HAOM).

HAOM:t ovat omaleimaisia, koska 1) ne sisältävät suurempia määriä Al:a kuin ortopyrokseeneissa tyypillisesti nähdään; 2) niitä halkovat lukuisat ohuet plagioklaasilevyt, jotka saattavat edustaa ekssoluutiolamelleja; ja 3) ne näyttävät olevan vanhempia kuin ne anortosiitit, joissa niitä esiintyy.

HAOM:ien alkuperästä kiistellään.

Yksi mahdolliseksi malliksi esitetään, että anortosiitin muodostumisen aikana vaipasta peräisin oleva sula (tai osittain kiteytynyt sula) ruiskutettiin alempaan kuoreen ja se alkoi kiteytyä. HAOMit olisivat kiteytyneet ulos tänä aikana, ehkä jopa 80-120 miljoonaa vuotta. Tämän jälkeen HAOM-pitoinen sula olisi voinut nousta ylempään kuoreen. Tätä mallia tukee se, että alumiini liukenee paremmin ortopyrokseeniin korkeassa paineessa. Tässä mallissa HAOM edustaa alemman kuoren kumulaatteja, jotka liittyvät anortosiittilähde-magmaan.

Yksi tämän mallin ongelmaksi muodostuu se, että se edellyttää anortosiittilähde-magman istuvan matalassa kuoressa huomattavan kauan. Tämän ratkaisemiseksi jotkut kirjoittajat ehdottavat, että HAOMit ovat voineet muodostua alemmassa kuoressa anortosiittilähde-magmasta riippumatta. Myöhemmin anortosiittilähde-magma on saattanut raahata mukanaan palasia HAOM:ia sisältävästä alemmasta kuoresta matkallaan ylöspäin.

Toiset tutkijat katsovat, että HAOM:ien kemialliset koostumukset ovat tulosta nopeasta kiteytymisestä kohtalaisissa tai alhaisissa paineissa, jolloin alemman kuoren alkuperää ei tarvita ollenkaan.

Proterotsooisten anortosiittien alkuperäMuutos

Proterotsooisten anortosiittien alkuperästä on käyty teoreettista keskustelua vuosikymmeniä. Lyhyt yhteenveto tästä ongelmasta on seuraava:

Ongelma alkaa magman synnystä, joka on kaikkien magmakivien välttämätön esiaste.

Magma, joka syntyy vaipan osittaisen sulamisen pienistä määristä, on yleensä koostumukseltaan basalttista. Normaaliolosuhteissa basalttimagman koostumus edellyttää, että se kiteytyy 50-70-prosenttisesti plagioklaasiksi, ja suurin osa lopusta magmasta kiteytyy mafisina mineraaleina. Anortosiiteille on kuitenkin ominaista korkea plagioklaasipitoisuus (90-100 % plagioklaasia), eikä niitä esiinny yhdessä samanaikaisten ultramafisten kivien kanssa. Tämä tunnetaan nykyään ”anortosiittiongelmana”. Ratkaisuehdotukset anortosiittiongelmaan ovat olleet moninaisia, ja monissa ehdotuksissa on hyödynnetty geologian eri osa-alueita.

Anortosiittikeskustelun historian alkuvaiheessa ehdotettiin, että anortosiittinen magma, erityyppinen magma, olisi syntynyt syvyydessä ja sijoittunut maankuoreen. Anortosiittisen magman solidus on kuitenkin liian korkea, jotta se voisi säilyä nestemäisenä hyvin pitkään tavanomaisissa kuoren lämpötiloissa, joten tämä vaikuttaa epätodennäköiseltä. Vesihöyryn läsnäolon on osoitettu alentavan anortosiittisen magman soliduslämpötilaa kohtuullisempiin arvoihin, mutta useimmat anortosiitit ovat suhteellisen kuivia. Voidaan siis olettaa, että anortosiitin myöhempi metamorfoosi ajaa vesihöyryn pois, mutta jotkin anortosiitit ovat epämuodostuneita, mikä mitätöi ehdotuksen.

Nainin plutonisessa sviitissä 1970-luvun loppupuolella tehdyt anortosiittisten dyykkien löydöt antoivat ymmärtää, että anortosiittisten magmojen olemassaolon mahdollisuutta kuorilämpötiloissa on tutkittava uudelleen. Myöhemmin osoitettiin kuitenkin, että dyykit olivat monimutkaisempia kuin alun perin luultiin.

Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka joissakin anortosiittiplutoneissa toimii selvästi nestemäisen tilan prosesseja, plutonit eivät luultavasti ole peräisin anortosiittisista magmoista.

Monet tutkijat ovat väittäneet, että anortosiitit ovat basalttimagman tuotteita ja että mafisten mineraalien mekaaninen poistuminen on tapahtunut. Koska mafisia mineraaleja ei löydy anortosiittien mukana, näiden mineraalien on täytynyt jäädä joko syvemmälle tai kuoren pohjalle. Tyypillinen teoria on seuraava: vaipan osittainen sulaminen synnyttää basalttista magmaa, joka ei nouse välittömästi kuoreen. Sen sijaan basalttimagma muodostaa kuoren pohjalle suuren magmakammion ja fraktioi suuria määriä mafisia mineraaleja, jotka vajoavat kammion pohjalle. Yhteiskiteytyvät plagioklaasikiteet kelluvat, ja lopulta ne kerrostuvat kuoreen anortosiittiplutoneina. Suurin osa uppoavista mafisista mineraaleista muodostaa ultramafisia kumulaatteja, jotka jäävät kuoren pohjalle.

Tällä teorialla on monia houkuttelevia piirteitä, joista yksi on kyky selittää runsaasti alumiinioksidia sisältävien ortopyrokseenimegakiteiden (HAOM) kemiallinen koostumus. Tätä käsitellään tarkemmin jäljempänä HAOM:ia käsittelevässä jaksossa. Tämä hypoteesi ei kuitenkaan yksinään voi johdonmukaisesti selittää anortosiittien alkuperää, koska se ei sovi yhteen muun muassa joidenkin tärkeiden isotooppimittausten kanssa, joita on tehty Nainin plutonisen sviitin anortosiittisista kivistä. Nd- ja Sr-isotooppitiedot osoittavat, että anortosiitteja tuottanut magma ei ole voinut olla peräisin ainoastaan vaipasta. Sen sijaan Nainin plutonisen sviitin anortosiitteja synnyttäneessä magmassa on täytynyt olla merkittävä kuorikomponentti. Tämä löytö johti hieman monimutkaisempaan versioon aiemmasta hypoteesista: Suuret määrät basalttimagmaa muodostavat magmakammion kuoren pohjalle ja kiteytyessään assimiloivat suuria määriä kuorta.

Tämä pieni lisäys selittää sekä proterotsooisen anortosiitin isotooppiset ominaisuudet että eräitä muita kemiallisia hienouksia. Ainakin yksi tutkija on kuitenkin geokemiallisiin tietoihin perustuen vakuuttavasti väittänyt, että manttelin roolin anortosiittien tuotannossa täytyy itse asiassa olla hyvin rajallinen: mantteli antaa vain sysäyksen (lämmön) maankuoren sulamiselle ja pienen määrän osittaista sulaa basalttimagman muodossa. Näin ollen anortosiitit ovat tämän näkemyksen mukaan peräisin lähes kokonaan maankuoren alemman kerroksen sulamista.