Anorthosite

ÂgeEdit

Les anorthosites protérozoïques ont été mises en place au cours de l’Eon protérozoïque (environ 2 500-542 Ma), bien que la plupart aient été mises en place entre 1 800 et 1 000 Ma.

OccurrenceEdit

Les anorthosites protérozoïques se présentent généralement sous forme de stocks ou de batholites étendus. L’étendue surfacique des batholithes d’anorthosite va de relativement faible (dizaines ou centaines de kilomètres carrés) à près de 20 000 km2, dans le cas de la suite plutonique de Nain au nord du Labrador, au Canada.

Les principales occurrences d’anorthosite protérozoïque se trouvent dans le sud-ouest des États-Unis, les Appalaches (par exemple, le Honeybrook Upland de l’est de la Pennsylvanie), l’est du Canada (par exemple, la province de Grenville), le sud de la Scandinavie et l’est de l’Europe. Sur la configuration continentale pangée de cet éon, ces occurrences sont toutes contenues dans une seule ceinture rectiligne et doivent toutes avoir été mises en place de manière intracratonique. Les conditions et les contraintes de ce modèle d’origine et de distribution ne sont pas claires. Cependant, voir la section Origines ci-dessous.

Roches connexesModifier

De nombreuses anorthosites protérozoïques se produisent en association spatiale avec d’autres types de roches contemporaines très distinctives : ce qu’on appelle la  » suite d’anorthosites  » ou le  » complexe anorthosite-mangerite-charnockite-granite (AMCG) « .

Ces types de roches peuvent inclure :

• Mangerite : une roche ignée intrusive monzonite contenant du pyroxène
• Charnockite : une roche quartzo-feldspathique contenant de l’orthopyroxène, autrefois considérée comme une roche ignée intrusive, maintenant reconnue comme métamorphique
• Riches felsiques riches en fer, y compris la monzonite et le granite rapakivi
• Diorite riche en fer, gabbro, et norite
• Riches mafiques leucocrates telles que leucotroctolite et leuconorite

Bien que coéternelles, ces roches représentent probablement des magmas chimiquement indépendants, probablement produits par la fusion de la roche de pays dans laquelle les anorthosites ont fait intrusion.

Important, de grands volumes de roches ultramafiques ne sont pas trouvés en association avec les anorthosites protérozoïques.

Caractéristiques physiquesEdit

Parce qu’elles sont principalement composées de feldspath plagioclase, la plupart des anorthosites protérozoïques apparaissent, à l’affleurement, grises ou bleutées. Les cristaux individuels de plagioclase peuvent être noirs, blancs, bleus ou gris, et peuvent présenter une iridescence connue sous le nom de labradorescence sur les surfaces fraîches. La variété feldspathique labradorite est couramment présente dans les anorthosites. Minéralogiquement, la labradorite est un terme de composition pour tout feldspath plagioclase riche en calcium contenant 50-70 pour cent d’anorthite (An 50-70), qu’il présente ou non une labradorescence. Le minéral mafique de l’anorthosite protérozoïque peut être le clinopyroxène, l’orthopyroxène, l’olivine ou, plus rarement, l’amphibole. Les oxydes, tels que la magnétite ou l’ilménite, sont également fréquents.

La plupart des plutons d’anorthosite sont à très gros grains, c’est-à-dire que les cristaux de plagioclase individuels et le minéral mafique qui les accompagne font plus de quelques centimètres de long. Plus rarement, les cristaux de plagioclase sont mégacristallins, c’est-à-dire qu’ils mesurent plus d’un mètre de long. Cependant, la plupart des anorthosites protérozoïques sont déformées, et ces grands cristaux de plagioclase ont recristallisé pour former des cristaux plus petits, ne laissant derrière eux que le contour des plus grands cristaux.

Bien que de nombreux plutons d’anorthosites protérozoïques ne semblent pas avoir de structures ignées reliques à grande échelle (ayant plutôt des structures de déformation post-déplacement), certains ont une stratification ignée, qui peut être définie par la taille des cristaux, le contenu mafique ou les caractéristiques chimiques. Une telle stratification a clairement des origines avec un magma à l’état liquide rhéologique.

Caractéristiques chimiques et isotopiquesEdit

Les anorthosites protérozoïques sont typiquement >90% plagioclase, et la composition du plagioclase est couramment entre An40 et An60 (40-60% anorthite). Cette gamme de composition est intermédiaire, et est l’une des caractéristiques qui distinguent les anorthosites protérozoïques des anorthosites archéennes (qui sont typiquement >An80).

Les anorthosites protérozoïques ont souvent des composants mafiques significatifs en plus du plagioclase. Ces phases peuvent inclure l’olivine, le pyroxène, les oxydes de Fe-Ti, et/ou l’apatite. Les minéraux mafiques des anorthosites protérozoïques ont une large gamme de composition, mais ne sont généralement pas hautement magnésiens.

La chimie des éléments traces des anorthosites protérozoïques, et les types de roches associées, a été examinée de manière assez détaillée par les chercheurs dans le but d’arriver à une théorie génétique plausible. Cependant, il n’y a toujours pas d’accord sur ce que les résultats signifient pour la genèse des anorthosites ; voir la section « Origines » ci-dessous. Une liste très courte de résultats, y compris des résultats pour des roches que l’on pense être liées aux anorthosites protérozoïques,

Certaines recherches se sont concentrées sur les déterminations isotopiques du néodyme (Nd) et du strontium (Sr) pour les anorthosites, en particulier pour les anorthosites de la suite plutonique de Nain (NPS). Ces déterminations isotopiques sont utiles pour évaluer la viabilité des sources potentielles des magmas qui ont donné naissance aux anorthosites. Certains résultats sont détaillés ci-dessous dans la section « Origines ».

Mégacristaux d’orthopyroxène à haute teneur en alumine (HAOMs)Edit

De nombreuses anorthosites d’âge protérozoïque contiennent de grands cristaux d’orthopyroxène aux compositions distinctives. Il s’agit de ce que l’on appelle les mégacristaux d’orthopyroxène à haute teneur en alumine (HAOM).

Les HAOM sont distinctifs parce que 1) ils contiennent des quantités plus élevées d’Al que celles généralement observées dans les orthopyroxènes ; 2) ils sont coupés par de nombreuses lattes minces de plagioclase, qui peuvent représenter des lamelles d’exsolution ; et 3) ils semblent être plus anciens que les anorthosites dans lesquelles ils se trouvent.

Les origines des HAOM sont débattues.

Un modèle possible suggère que, lors de la formation des anorthosites, une masse fondue dérivée du manteau (ou une bouillie partiellement cristalline) a été injectée dans la croûte inférieure et a commencé à cristalliser. Les HAOM se seraient cristallisés pendant cette période, peut-être pendant 80 à 120 millions d’années. La masse fondue contenant des HAOM aurait ensuite pu remonter vers la croûte supérieure. Ce modèle est soutenu par le fait que l’aluminium est plus soluble dans l’orthopyroxène à haute pression. Dans ce modèle, les HAOM représentent des cumulats de la croûte inférieure qui sont liés au magma-source anorthosite.

Un problème avec ce modèle est qu’il nécessite que le magma-source anorthosite reste dans la croûte inférieure pendant un temps considérable. Pour résoudre ce problème, certains auteurs suggèrent que les HAOMs ont pu se former dans la croûte inférieure indépendamment du magma-source anorthosite. Plus tard, le magma-source anorthosite a pu entraîner des morceaux de la croûte inférieure contenant des HAOM lors de sa remontée.

D’autres chercheurs considèrent que les compositions chimiques des HAOM sont le produit d’une cristallisation rapide à des pressions modérées ou faibles, éliminant complètement la nécessité d’une origine crustale inférieure.

Origines des anorthosites protérozoïquesEdit

Les origines des anorthosites protérozoïques sont un sujet de débat théorique depuis plusieurs décennies. Un bref synopsis de ce problème est le suivant:

Le problème commence avec la génération du magma, le précurseur nécessaire de toute roche ignée.

Le magma généré par de petites quantités de fusion partielle du manteau est généralement de composition basaltique. Dans des conditions normales, la composition du magma basaltique exige qu’il cristallise entre 50 et 70% de plagioclase, la majeure partie du reste du magma cristallisant sous forme de minéraux mafiques. Cependant, les anorthosites se définissent par une forte teneur en plagioclase (90-100% de plagioclase) et ne se trouvent pas en association avec des roches ultramafiques contemporaines. Ce phénomène est désormais connu sous le nom de « problème des anorthosites ». Les solutions proposées au problème de l’anorthosite ont été diverses, de nombreuses propositions faisant appel à différentes sous-disciplines géologiques.

On a suggéré au début de l’histoire du débat sur l’anorthosite qu’un type spécial de magma, le magma anorthositique, avait été généré en profondeur, et mis en place dans la croûte. Cependant, le solidus d’un magma anorthositique est trop élevé pour qu’il puisse exister sous forme liquide pendant très longtemps aux températures ambiantes normales de la croûte, ce qui semble donc peu probable. Il a été démontré que la présence de vapeur d’eau abaisse la température de solidus du magma anorthositique à des valeurs plus raisonnables, mais la plupart des anorthosites sont relativement sèches. On peut donc postuler que la vapeur d’eau soit chassée par le métamorphisme ultérieur de l’anorthosite, mais certaines anorthosites ne sont pas déformées, ce qui invalide cette suggestion.

La découverte, à la fin des années 1970, de dykes anorthositiques dans la suite plutonique de Nain, a suggéré que la possibilité que des magmas anorthositiques existent à des températures crustales devait être réexaminée. Cependant, il a été démontré par la suite que les dykes étaient plus complexes qu’on ne le pensait à l’origine.

En résumé, bien que des processus d’état liquide opèrent clairement dans certains plutons d’anorthosite, les plutons ne sont probablement pas dérivés de magmas anorthositiques.

De nombreux chercheurs ont soutenu que les anorthosites sont les produits d’un magma basaltique, et qu’une élimination mécanique des minéraux mafiques a eu lieu. Puisque les minéraux mafiques ne se retrouvent pas avec les anorthosites, ces minéraux doivent avoir été laissés soit à un niveau plus profond, soit à la base de la croûte. Une théorie typique est la suivante : la fusion partielle du manteau génère un magma basaltique, qui ne remonte pas immédiatement dans la croûte. Au lieu de cela, le magma basaltique forme une grande chambre magmatique à la base de la croûte et fractionne de grandes quantités de minéraux mafiques, qui coulent au fond de la chambre. Les cristaux de plagioclase en co-cristallisation flottent et finissent par s’insérer dans la croûte sous forme de plutons d’anorthosite. La plupart des minéraux mafiques qui coulent forment des cumulats ultramafiques qui restent à la base de la croûte.

Cette théorie présente de nombreuses caractéristiques attrayantes, dont l’une est la capacité à expliquer la composition chimique des mégacristaux d’orthopyroxène à haute teneur en alumine (HAOM). Ceci est détaillé ci-dessous dans la section consacrée aux HAOM. Cependant, à elle seule, cette hypothèse ne peut pas expliquer de manière cohérente l’origine des anorthosites, car elle ne correspond pas, entre autres, à certaines mesures isotopiques importantes effectuées sur des roches anorthositiques de la suite plutonique de Nain. Les données isotopiques Nd et Sr montrent que le magma qui a produit les anorthosites ne peut pas avoir été dérivé uniquement du manteau. Au contraire, le magma qui a donné naissance aux anorthosites de la suite plutonique de Nain doit avoir eu une composante crustale significative. Cette découverte a conduit à une version légèrement plus compliquée de l’hypothèse précédente : De grandes quantités de magma basaltique forment une chambre magmatique à la base de la croûte et, en cristallisant, assimilent de grandes quantités de croûte.

Ce petit addendum explique à la fois les caractéristiques isotopiques et certaines autres subtilités chimiques de l’anorthosite protérozoïque. Cependant, au moins un chercheur a soutenu de manière convaincante, sur la base de données géochimiques, que le rôle du manteau dans la production des anorthosites doit en fait être très limité : le manteau ne fournit que l’impulsion (la chaleur) pour la fusion de la croûte, et une petite quantité de fusion partielle sous forme de magma basaltique. Ainsi, les anorthosites sont, selon ce point de vue, presque entièrement dérivées de la fusion de la croûte inférieure.