Anortozit

AgeEdit

A proterozoikum anortozitjai a proterozoikum eon (kb. 2500-542 Ma) során kerültek felszínre, bár a legtöbbjük 1800 és 1000 Ma között került felszínre.

OccurrenceEdit

A proterozoikum anortozitjai általában kiterjedt állományok vagy batholitok formájában fordulnak elő. Az anortozit batholitok területi kiterjedése a viszonylag kis kiterjedésűektől (több tucat vagy több száz négyzetkilométer) a közel 20 000 km2 -ig (7 700 négyzetmérföld) terjed, mint például a Nain Plutonic Suite esetében a kanadai Labrador északi részén.

A proterozoikumi anortozit jelentősebb előfordulásai az USA délnyugati részén találhatók, az Appalache-hegységben (pl. a kelet-pennsylvaniai Honeybrook Upland), Kelet-Kanadában (pl. a Grenville tartományban), egész Dél-Skandináviában és Kelet-Európában. Az eon pangai kontinentális konfigurációjára leképezve ezek az előfordulások mind egyetlen egyenes övben helyezkednek el, és minden bizonnyal intrakratonálisan kerültek elő. Az eredet és az elterjedés e mintázatának feltételei és korlátai nem világosak. Lásd azonban a keletkezésről szóló részt alább.

Kapcsolódó kőzetekSzerkesztés

Néhány proterozoikumbeli anortozit más, igen jellegzetes, egyidejű kőzettípusokkal térbeli társulásban fordul elő: az úgynevezett “anortozit együttes” vagy “anortozit-mangerit-karnokit-gránit (AMCG) komplex”.

Ezek a kőzettípusok közé tartozhatnak:

• Mangerit: piroxéntartalmú monzonitos intruzív vulkáni kőzet
• Charnockit: ortopiroxén-tartalmú kvarc- és mészkő, amelyet egykor intruzív vulkáni kőzetnek gondoltak, ma már metamorfnak ismerik
• Vasban gazdag felsikus kőzetek, köztük monzonit és rapakivi gránit
• Vasban gazdag diorit, gabbro, és norit
• Leukokratikus mafikus kőzetek, mint a leukotroktolit és a leukonorit

Bár egykorúak, ezek a kőzetek valószínűleg kémiailag független magmákat képviselnek, amelyek valószínűleg az anortozitok intrudálásával keletkeztek.

Fontos, hogy nagy mennyiségű ultramafikus kőzet nem található a proterozoikus anortozitokkal együtt.

Fizikai jellemzőkSzerkesztés

Mivel elsősorban plagioklász földpátból állnak, a legtöbb proterozoikumbeli anortozit a feltárásban szürkének vagy kékesnek tűnik. Az egyes plagioklász kristályok lehetnek feketék, fehérek, kékek vagy szürkék, és a friss felszínen a labradoreszcencia néven ismert irizáló fényt mutathatnak. Az anortozitokban gyakran előfordul a labradorit nevű földpátfajta. Ásványtani szempontból a labradorit egy összetételi kifejezés minden olyan kalciumban gazdag plagioklász földpátra, amely 50-70 molekuláris százalék anortitot (An 50-70) tartalmaz, függetlenül attól, hogy mutat-e labradoreszcenciát. A proterozoikus anortozitban a mafikus ásvány lehet klinopiroxén, ortopiroxén, olivin vagy ritkábban amfibol. Az oxidok, mint például a magnetit vagy az ilmenit, szintén gyakoriak.

A legtöbb anortozit pluton nagyon durva szemcsés; vagyis az egyes plagioklászkristályok és a kísérő mafikus ásványok több mint néhány centiméteresek. Ritkábban a plagioklász kristályok megakristályosak, vagyis egy méternél nagyobbak. A legtöbb proterozoikus anortozit azonban deformálódott, és az ilyen nagy plagioklászkristályok átkristályosodtak, hogy kisebb kristályokat alkossanak, és csak a nagyobb kristályok körvonalait hagyták maguk után.

Míg sok proterozoikus anortozit plutonban úgy tűnik, hogy nincsenek nagyméretű reliktum vulkáni struktúrák (ehelyett az elmozdulás utáni deformációs struktúrák vannak), néhányban mégis van vulkáni rétegződés, amelyet a kristályok mérete, a mafikus tartalom vagy a kémiai jellemzők határozhatnak meg. Az ilyen rétegződés egyértelműen egy reológiailag folyékony halmazállapotú magmából származik.

Kémiai és izotópos jellemzőkSzerkesztés

A proterozoikum anortozitjai jellemzően >90% plagioklász, és a plagioklász összetétele általában An40 és An60 között van (40-60% anortit). Ez az összetételi tartomány köztes, és ez az egyik olyan jellemző, amely megkülönbözteti a proterozoikum anortozitjait az archeai anortozitoktól (amelyek jellemzően >An80).

A proterozoikum anortozitjai a plagioklász mellett gyakran jelentős mafikus komponenseket is tartalmaznak. Ezek a fázisok lehetnek olivin, piroxén, Fe-Ti oxidok és/vagy apatit. A proterozoikum anortozitokban található mafikus ásványok összetétele széles skálán mozog, de általában nem erősen magnéziumtartalmúak.

A proterozoikum anortozitok nyomelem-kémiáját és a kapcsolódó kőzettípusokat a kutatók részletesen megvizsgálták azzal a céllal, hogy egy plauzibilis genetikai elmélethez jussanak. Arról azonban, hogy az eredmények mit jelentenek az anortozitok genezisére nézve, még mindig nincs egyetértés; lásd az alábbi “Eredet” című szakaszt. Az eredmények nagyon rövid listája, beleértve a proterozoikumbeli anortozitokkal kapcsolatban állónak vélt kőzetekre vonatkozó eredményeket is,

Egy részleges kutatás az anortozitok neodímium (Nd) és stroncium (Sr) izotópos meghatározására összpontosított, különösen a Nain Plutonic Suite (NPS) anortozitjaira. Az ilyen izotópos meghatározások hasznosak az anortozitokat létrehozó magmák lehetséges forrásainak életképességének felmérésében. Néhány eredményt az alábbiakban az “Eredet” fejezetben részletezünk.

Magas alumíniumtartalmú ortopiroxén megakristályok (HAOM-ok)Edit

Néhány proterozoikum korú anortozit tartalmaz nagyméretű, jellegzetes összetételű ortopiroxén kristályokat. Ezek az úgynevezett magas alumíniumtartalmú ortopiroxén megakristályok (HAOM).

A HAOM-ok azért jellegzetesek, mert 1) nagyobb mennyiségű Al-t tartalmaznak, mint az ortopiroxénekben jellemzően; 2) számos vékony plagioklász léc vágja őket, amelyek exolúciós lamellákat jelenthetnek; és 3) úgy tűnik, hogy idősebbek, mint az anortozitok, amelyekben megtalálhatók.

A HAOM-ok eredete vitatott.

Az egyik lehetséges modell szerint az anortozitképződés során egy köpenyből származó olvadék (vagy részlegesen kristályosodott pép) került az alsó kéregbe, és kezdett kristályosodni. A HAOM-ok ez idő alatt kristályosodtak volna ki, talán 80-120 millió év alatt. A HAOM-ot tartalmazó olvadék ezután emelkedhetett fel a felső kéregbe. Ezt a modellt alátámasztja az a tény, hogy az alumínium nagy nyomáson jobban oldódik az ortopiroxénben. Ebben a modellben a HAOM alsó kéregbeli kumulátumokat képvisel, amelyek az anortozit forrás-magmához kapcsolódnak.

Egy probléma ezzel a modellel az, hogy megköveteli, hogy az anortozit forrás-magma jelentős ideig az alsó kéregben maradjon. Ennek megoldására egyes szerzők azt javasolják, hogy a HAOM-ok az anortozit forrás-magmától függetlenül képződhettek az alsó kéregben. Később az anortozit forrás-magma felfelé haladva magával ragadhatta a HAOM-ot tartalmazó alsó kéreg darabjait.

Más kutatók úgy vélik, hogy a HAOM kémiai összetétele mérsékelt vagy alacsony nyomáson történő gyors kristályosodás eredménye, ami teljesen kizárja az alsó kéreg eredetének szükségességét.

A proterozoikum anortozitjainak eredeteSzerkesztés

A proterozoikum anortozitjainak eredete sok évtizede elméleti vita tárgya. A probléma rövid összefoglalása a következő:

A probléma a magma keletkezésével kezdődik, amely minden magmás kőzet szükséges előanyaga.

A köpeny kis mennyiségű részleges olvadásával keletkező magma általában bazaltos összetételű. Normál körülmények között a bazaltos magma összetétele megköveteli, hogy 50-70%-ban plagioklász kristályosodjon ki, a maradék magma nagy része pedig mafikus ásványokként kristályosodik ki. Az anortozitokat azonban a magas plagiokláztartalom (90-100% plagioklász) határozza meg, és nem fordulnak elő egyidejűleg ultramafikus kőzetekkel együtt. Ez ma az “anortozit-probléma” néven ismert. Az anortozit-probléma megoldási javaslatai sokfélék voltak, és sok javaslat különböző geológiai részterületekre támaszkodott.

Az anortozit-viták történetében már korán felvetődött, hogy egy különleges magmatípus, az anortozit magma a mélyben keletkezett, és a kéregbe helyeződött. Az anortozitos magma szolidusa azonban túl magas ahhoz, hogy a kéreg normál környezeti hőmérsékletén túl sokáig folyékony halmazállapotban maradjon, így ez valószínűtlennek tűnik. Kimutatták, hogy a vízgőz jelenléte az anortozit magma szolidushőmérsékletét elfogadhatóbb értékekre csökkenti, de a legtöbb anortozit viszonylag száraz. Feltételezhető tehát, hogy a vízgőz az anortozit későbbi metamorfózisa során távozik, de egyes anortozitok nem deformálódtak, ami érvényteleníti ezt a felvetést.

A Nain Plutonic Suite-ban az 1970-es évek végén felfedezett anortozit gátak azt sugallták, hogy újra meg kell vizsgálni az anortozit magmák kéreghőmérsékleten való létezésének lehetőségét. Később azonban kiderült, hogy a gátak összetettebbek, mint eredetileg gondolták.

Összefoglalva, bár egyes anortozit plutonokban egyértelműen folyékony halmazállapotú folyamatok működnek, a plutonok valószínűleg nem anortozit magmákból származnak.

Más kutatók azt állították, hogy az anortozitok bazaltos magmák termékei, és hogy a mafikus ásványok mechanikai eltávolítása történt. Mivel a mafikus ásványok nem találhatók az anortozitokkal együtt, ezeknek az ásványoknak vagy egy mélyebb szinten, vagy a kéreg alján kellett maradniuk. Egy tipikus elmélet a következő: a köpeny részleges olvadása bazaltos magmát hoz létre, amely nem emelkedik fel azonnal a kéregbe. Ehelyett a bazaltos magma egy nagy magmakamrát képez a kéreg alján, és nagy mennyiségű mafikus ásványokat frakcionál, amelyek a kamra aljára süllyednek. Az együtt kristályosodó plagioklász kristályok lebegnek, és végül anortozit plutonokként kerülnek a kéregbe. A süllyedő mafikus ásványok nagy része ultramafikus kumulátumokat alkot, amelyek a kéreg alján maradnak.

Ez az elmélet számos vonzó tulajdonsággal rendelkezik, amelyek közül az egyik az, hogy képes megmagyarázni a nagy alumíniumtartalmú ortopiroxén megakristályok (HAOM) kémiai összetételét. Ezt az alábbiakban a HAOM-nak szentelt részben részletezzük. Önmagában azonban ez a hipotézis nem képes koherens módon megmagyarázni az anortozitok eredetét, mert nem illeszkedik többek között a Nain Plutonic Suite-ban található anortozitos kőzeteken végzett néhány fontos izotópos méréshez. Az Nd- és Sr-izotópos adatok azt mutatják, hogy az anortozitokat létrehozó magma nem származhatott kizárólag a köpenyből. Ehelyett a Nain Plutonic Suite anortozitjait létrehozó magmának jelentős kéregkomponenssel kellett rendelkeznie. Ez a felfedezés a korábbi hipotézis egy kissé bonyolultabb változatához vezetett: Nagy mennyiségű bazaltos magma magmakamrát képez a kéreg alján, és kristályosodás közben nagy mennyiségű kérget asszimilál.”

Ez a kis kiegészítés megmagyarázza a proterozoikumi anortozit izotópos jellemzőit és bizonyos más kémiai finomságokat is. Legalább egy kutató azonban geokémiai adatok alapján meggyőzően érvelt amellett, hogy a köpeny szerepe az anortozitok keletkezésében valójában nagyon korlátozott lehet: a köpeny csak a lendületet (hőt) adja a kéregolvadáshoz, és kis mennyiségű részleges olvadékot bazaltos magma formájában. Így az anortozitok e nézet szerint szinte teljes egészében a kéreg alsó rétegeinek olvadékából származnak.