Anortosite

AgeEdit

Le anortosite del Proterozoico sono state collocate durante l’Eone Proterozoico (circa 2.500-542 Ma), anche se la maggior parte sono state collocate tra 1.800 e 1.000 Ma.

OccurrenceEdit

Le anortosite del Proterozoico si presentano tipicamente come estesi stock o batholiths. L’estensione areale dei batoliti di anortosite varia da relativamente piccola (decine o centinaia di chilometri quadrati) a quasi 20.000 km2 (7.700 sq mi), nel caso della suite plutonica di Nain nel nord del Labrador, Canada.

Le maggiori occorrenze di anortosite proterozoica si trovano nel sud-ovest degli Stati Uniti, i Monti Appalachi (ad esempio, l’Honeybrook Upland della Pennsylvania orientale), il Canada orientale (ad esempio, la provincia di Grenville), attraverso la Scandinavia meridionale e l’Europa orientale. Mappate sulla configurazione continentale pangea di quell’eone, queste occorrenze sono tutte contenute in un’unica fascia rettilinea, e devono essere state tutte collocate intracratonalmente. Le condizioni e i vincoli di questo modello di origine e distribuzione non sono chiari. Comunque, vedi la sezione Origini qui sotto.

Rocce correlateModifica

Molte anortosite del Proterozoico si presentano in associazione spaziale con altri tipi di roccia contemporanei altamente distintivi: la cosiddetta ‘suite anortosite’ o ‘complesso anortosite-mangerite-carnockite-granito (AMCG)’.

Questi tipi di roccia possono includere:

• Mangerite: una roccia ignea intrusiva monzonite contenente pirosseno
• Charnockite: an orthopyroxene-bearing quartz-feldspar rock, once thought to be intrusive igneous, now recognized as metamorphic
• Iron-rich felsic rocks, including monzonite and rapakivi granite
• Iron-rich diorite, gabbro, e norite
• Rocce mafiche leucocratiche come la leucotroctolite e la leuconorite

Anche se coeve, queste rocce rappresentano probabilmente magmi chimicamente indipendenti, prodotti probabilmente dalla fusione di rocce di campagna in cui le anortosite si sono intruse.

Importante, grandi volumi di rocce ultramafiche non si trovano in associazione con le anortosite proterozoiche.

Caratteristiche fisicheModifica

Siccome sono composti principalmente da feldspato plagioclasio, la maggior parte delle anortosite proterozoiche appaiono, in affioramento, di colore grigio o bluastro. I singoli cristalli di plagioclasio possono essere neri, bianchi, blu o grigi, e possono mostrare un’iridescenza nota come labradorescenza sulle superfici fresche. La varietà feldspatica labradorite è comunemente presente nelle anortosite. Mineralogicamente, labradorite è un termine compositivo per qualsiasi feldspato plagioclasio ricco di calcio contenente il 50-70% di anortite molecolare (An 50-70), indipendentemente dal fatto che mostri o meno labradorescenza. Il minerale mafico nell’anortosite proterozoica può essere clinopiroxene, ortopirosseno, olivina o, più raramente, anfibolo. Anche gli ossidi, come la magnetite o l’ilmenite, sono comuni.

La maggior parte dei plutoni di anortosite sono a grana molto grossa; cioè, i singoli cristalli di plagioclasio e il minerale mafico che li accompagna sono lunghi più di pochi centimetri. Meno comunemente, i cristalli di plagioclasio sono megacristici, o più grandi di un metro di lunghezza. Tuttavia, la maggior parte degli anortosite del Proterozoico sono deformati, e tali grandi cristalli di plagioclasio si sono ricristallizzati per formare cristalli più piccoli, lasciando solo il contorno dei cristalli più grandi.

Mentre molti plutoni di anortosite del Proterozoico sembrano non avere strutture ignee relitte su larga scala (avendo invece strutture deformative post-spostamento), alcuni hanno una stratificazione ignea, che può essere definita dalla dimensione dei cristalli, dal contenuto mafico o dalle caratteristiche chimiche. Tale stratificazione ha chiaramente origine con un magma reologicamente allo stato liquido.

Caratteristiche chimiche e isotopicheModifica

Le anortosite del Proterozoico sono tipicamente >90% plagioclasio, e la composizione del plagioclasio è comunemente tra An40 e An60 (40-60% anortite). Questo intervallo di composizione è intermedio, ed è una delle caratteristiche che distinguono le anortosite proterozoiche dalle anortosite archeane (che sono tipicamente >An80).

Le anortosite proterozoiche hanno spesso componenti mafiche significative oltre al plagioclasio. Queste fasi possono includere olivina, pirosseno, ossidi di Fe-Ti e/o apatite. I minerali mafici negli anortosite del Proterozoico hanno una vasta gamma di composizione, ma non sono generalmente altamente magnesiaci.

La chimica degli elementi in traccia degli anortosite del Proterozoico, e dei tipi di roccia associati, è stata esaminata in dettaglio dai ricercatori con lo scopo di arrivare ad una teoria genetica plausibile. Tuttavia, c’è ancora poco accordo su ciò che i risultati significano per la genesi dell’anortosite; vedi la sezione “Origini” qui sotto. Una lista molto breve di risultati, compresi i risultati per le rocce che si pensa siano collegate alle anortosite del Proterozoico,

Alcune ricerche si sono concentrate sulle determinazioni isotopiche del neodimio (Nd) e dello stronzio (Sr) per le anortosite, in particolare per le anortosite della Nain Plutonic Suite (NPS). Tali determinazioni isotopiche sono utili per valutare la fattibilità di potenziali fonti di magmi che hanno dato origine alle anortosite. Alcuni risultati sono descritti in dettaglio nella sezione “Origini”.

Megacristalli di ortopirosseno ad alta allumina (HAOMs)Edit

Molti anortosi di età Proterozoica contengono grandi cristalli di ortopirosseno con composizioni particolari. Questi sono i cosiddetti megacristalli di ortopirosseno ad alta allumina (HAOM).

Gli HAOM sono caratteristici perché 1) contengono quantità più elevate di Al rispetto a quelle tipicamente viste negli ortopirosseni; 2) sono tagliati da numerosi torni sottili di plagioclasio, che possono rappresentare lamelle di exsoluzione; e 3) sembrano essere più vecchi degli anortosi in cui si trovano.

Le origini degli HAOM sono dibattute.

Un possibile modello suggerisce che, durante la formazione dell’anortosite, una fusione derivata dal mantello (o una poltiglia parzialmente cristallina) sia stata iniettata nella crosta inferiore e abbia iniziato a cristallizzare. Gli HAOM si sarebbero cristallizzati durante questo periodo, forse fino a 80-120 milioni di anni. Il fuso portatore di HAOM potrebbe poi essere salito verso la crosta superiore. Questo modello è supportato dal fatto che l’alluminio è più solubile nell’ortopirosseno ad alta pressione. In questo modello, l’HAOM rappresenta cumuli di crosta inferiore che sono collegati alla fonte-magma dell’anortosite.

Un problema con questo modello è che richiede che la fonte-magma dell’anortosite rimanga nella crosta bassa per un tempo considerevole. Per risolvere questo problema, alcuni autori suggeriscono che le HAOM possono essersi formate nella crosta inferiore indipendentemente dalla fonte-magma di anortosite. Più tardi, il magma sorgente dell’anortosite potrebbe aver trascinato pezzi della crosta inferiore contenente HAOM nel suo percorso verso l’alto.

Altri ricercatori ritengono che le composizioni chimiche dell’HAOM siano il prodotto di una rapida cristallizzazione a pressioni moderate o basse, eliminando del tutto la necessità di un’origine della crosta inferiore.

Origini delle anortosite del ProterozoicoModifica

Le origini delle anortosite del Proterozoico sono state oggetto di dibattito teorico per molti decenni. Una breve sinossi di questo problema è la seguente:

Il problema inizia con la generazione del magma, il necessario precursore di ogni roccia ignea.

Il magma generato da piccole quantità di fusione parziale del mantello è generalmente di composizione basaltica. In condizioni normali, la composizione del magma basaltico richiede che cristallizzi tra il 50 e il 70% di plagioclasio, con la maggior parte del resto del magma che cristallizza come minerali mafici. Tuttavia, le anortosite sono definite da un alto contenuto di plagioclasio (90-100% di plagioclasio), e non si trovano in associazione con rocce ultramafiche contemporanee. Questo è ora conosciuto come “il problema dell’anortosite”. Le soluzioni proposte al problema dell’anortosite sono state diverse, con molte delle proposte che attingono a diverse sottodiscipline geologiche.

All’inizio della storia del dibattito sull’anortosite è stato suggerito che un tipo speciale di magma, il magma anortositico, fosse stato generato in profondità e collocato nella crosta. Tuttavia, il solidus di un magma anortositico è troppo alto perché possa esistere come liquido per molto tempo alle normali temperature ambientali della crosta, quindi questo sembra essere improbabile. La presenza di vapore acqueo ha dimostrato di abbassare la temperatura del solidus del magma anortositico a valori più ragionevoli, ma la maggior parte degli anortositi sono relativamente asciutti. Si può postulare, quindi, che il vapore acqueo sia stato spinto via dal successivo metamorfismo dell’anortosite, ma alcuni anortosite sono indeformati, invalidando così il suggerimento.

La scoperta, alla fine degli anni ’70, di dicchi anortositici nella suite plutonica di Nain, suggerì che la possibilità di magmi anortositici esistenti a temperature crostali doveva essere riesaminata. Tuttavia, i dicchi sono stati successivamente dimostrati essere più complessi di quanto si pensasse in origine.

In sintesi, anche se i processi allo stato liquido operano chiaramente in alcuni plutoni anortosite, i plutoni non sono probabilmente derivati da magmi anortosite.

Molti ricercatori hanno sostenuto che gli anortosite sono i prodotti del magma basaltico, e che si è verificata la rimozione meccanica dei minerali mafici. Poiché i minerali mafici non si trovano con gli anortosite, questi minerali devono essere stati lasciati ad un livello più profondo o alla base della crosta. Una teoria tipica è la seguente: la fusione parziale del mantello genera un magma basaltico, che non sale immediatamente nella crosta. Invece, il magma basaltico forma una grande camera magmatica alla base della crosta e fraziona grandi quantità di minerali mafici, che affondano sul fondo della camera. I cristalli di plagioclasio che co-cristallizzano galleggiano e alla fine vengono impiantati nella crosta come plutoni di anortosite. La maggior parte dei minerali mafici che affondano formano cumuli ultramafici che rimangono alla base della crosta.

Questa teoria ha molte caratteristiche interessanti, di cui una è la capacità di spiegare la composizione chimica dei megacristalli di orthopyroxene ad alta allumina (HAOM). Questo è dettagliato di seguito nella sezione dedicata all’HAOM. Tuttavia, da sola, questa ipotesi non può spiegare coerentemente l’origine degli anortocristalli, perché non si adatta, tra l’altro, ad alcune importanti misure isotopiche effettuate su rocce anortositiche nella suite plutonica di Nain. I dati isotopici di Nd e Sr mostrano che il magma che ha prodotto le anortosite non può essere derivato solo dal mantello. Invece, il magma che ha dato origine alle anortosite della Nain Plutonic Suite deve aver avuto una significativa componente crostale. Questa scoperta ha portato ad una versione leggermente più complicata dell’ipotesi precedente: Grandi quantità di magma basaltico formano una camera magmatica alla base della crosta, e, mentre cristallizzano, assimilano grandi quantità di crosta.

Questa piccola aggiunta spiega sia le caratteristiche isotopiche che certe altre sottigliezze chimiche delle anortosite proterozoiche. Tuttavia, almeno un ricercatore ha sostenuto in modo convincente, sulla base di dati geochimici, che il ruolo del mantello nella produzione di anortosite deve essere in realtà molto limitato: il mantello fornisce solo l’impulso (calore) per la fusione della crosta, e una piccola quantità di fusione parziale sotto forma di magma basaltico. Così gli anortosi sono, in questa visione, derivati quasi interamente da fusioni della crosta inferiore.