Anortozyt

WiekEdit

Proterozoiczne anortozyty zostały wyemitowane podczas eonu proterozoicznego (ok. 2500-542 Ma), choć większość z nich została wyemitowana pomiędzy 1800 a 1000 Ma.

WystępowanieEdit

Proterozoiczne anortozyty występują zazwyczaj jako rozległe zasoby lub batolity. Zakres powierzchniowy anortozytowych batolitów waha się od stosunkowo niewielkich (dziesiątki lub setki kilometrów kwadratowych) do prawie 20 000 km2 (7 700 sq mi), w przypadku Nain Plutonic Suite w północnym Labradorze, Kanada.

Główne wystąpienia proterozoicznych anortozytów znajdują się w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych, Appalachach (np. Wyżyna Honeybrook we wschodniej Pensylwanii), we wschodniej Kanadzie (np. Prowincja Grenville), w południowej Skandynawii i wschodniej Europie. Odwzorowane na pangejskim układzie kontynentalnym tego eonu, wszystkie te miejsca występowania zawierają się w jednym prostym pasie i musiały zostać osadzone wewnątrzkratonowo. Warunki i ograniczenia tego wzorca pochodzenia i rozmieszczenia nie są jasne. Zobacz jednak sekcję Origins poniżej.

Related rocksEdit

Wiele proterozoicznych anortozytów występuje w przestrzennym powiązaniu z innymi, wysoce charakterystycznymi, współcześnie występującymi typami skał: tak zwany 'anorthosite suite’ lub 'anorthosite-mangerite-charnockite-granite (AMCG) complex’.

Te typy skał mogą obejmować:

• Mangeryt: piroksenonośna monzonitowa intruzywna skała iglasta
• Charnockit: ortopiroksenonośna skała kwarcowo-skaleniowa, kiedyś uważana za intruzyjną skałę iglastą, obecnie uznana za metamorficzną
• Bogate w żelazo skały felsowe, w tym monzonit i granit rapakivi
• Bogate w żelazo dioryt, gabro, i noryt
• Leukokratyczne skały maficzne, takie jak leukotroktolit i leukonoryt

Choć współwieczne, skały te reprezentują prawdopodobnie niezależne chemicznie magmy, powstałe prawdopodobnie w wyniku topienia skał krajowych, do których intruzje anortozytów.

Co ważne, duże ilości skał ultramafickich nie występują w powiązaniu z proterozoicznymi anortozytami.

Właściwości fizyczneEdit

Ponieważ składają się one głównie ze skalenia plagioklazowego, większość proterozoicznych anortozytów wydaje się być szara lub niebieskawa. Poszczególne kryształy plagioklazu mogą być czarne, białe, niebieskie lub szare, i mogą wykazywać opalizowanie znane jako labradorescencja na świeżych powierzchniach. Odmiana skaleniowa labradorytu jest powszechnie obecna w anortozytach. Mineralogicznie, labradoryt jest terminem kompozycyjnym dla każdego bogatego w wapń skalenia plagioklazowego zawierającego 50-70 procent molekularnych anortytu (An 50-70), niezależnie od tego, czy wykazuje labradorescencję. Minerał maficki w proterozoicznym anortozycie może być klinopiroksenem, ortopiroksenem, oliwinem lub, rzadziej, amfibolem. Tlenki, takie jak magnetyt lub ilmenit, są również powszechne.

Większość plutonów anortozytowych jest bardzo gruboziarnista; to znaczy, że poszczególne kryształy plagioklazu i towarzyszący im minerał maficzny mają więcej niż kilka centymetrów długości. Rzadziej kryształy plagioklazu są megakrystaliczne, czyli większe niż jeden metr długości. Jednakże, większość proterozoicznych anortozytów jest zdeformowana, a tak duże kryształy plagioklazu uległy rekrystalizacji tworząc mniejsze kryształy, pozostawiając jedynie zarys większych kryształów.

Pomimo, że wiele proterozoicznych plutonów anortozytowych wydaje się nie posiadać reliktowych struktur iglastych na dużą skalę (zamiast tego posiadając struktury deformacyjne po przemieszczeniu), niektóre z nich posiadają warstwowanie iglaste, które może być zdefiniowane przez wielkość kryształów, zawartość mafii lub cechy chemiczne. Takie warstwowanie wyraźnie ma pochodzenie z reologicznie płynnej magmy.

Charakterystyka chemiczna i izotopowaEdit

Proterozoiczne anortozyty są zwykle >90% plagioklazem, a skład plagioklazu jest powszechnie pomiędzy An40 i An60 (40-60% anortytu). Ten zakres składu jest pośredni i jest jedną z cech odróżniających anortozyty proterozoiczne od anortozytów archeańskich (które są zwykle >An80).

Anortozyty proterozoiczne często mają znaczące składniki maficzne oprócz plagioklazu. Fazy te mogą obejmować oliwin, piroksen, tlenki Fe-Ti i/lub apatyt. Minerały mafickie w anortozytach proterozoicznych mają szeroki zakres składu, ale generalnie nie są wysoce magnezowe.

Chemia pierwiastków śladowych w anortozytach proterozoicznych, i związanych z nimi typów skał, została szczegółowo zbadana przez badaczy w celu uzyskania wiarygodnej teorii genetycznej. Wciąż jednak nie ma zgody co do tego, co te wyniki oznaczają dla genezy anortozytów; patrz sekcja „Pochodzenie” poniżej. Bardzo krótka lista wyników, w tym wyniki dla skał uważanych za związane z proterozoicznymi anortozytami,

Niektóre badania koncentrowały się na oznaczeniach izotopowych neodymu (Nd) i strontu (Sr) dla anortozytów, szczególnie dla anortozytów z Nain Plutonic Suite (NPS). Takie oznaczenia izotopowe są użyteczne w ocenie żywotności potencjalnych źródeł magmy, z której powstały anortozyty. Niektóre wyniki przedstawiono poniżej w części 'Origins’.

Wysokoglinowe megakryształy ortopiroksenu (HAOMs)Edit

Wiele anortozytów wieku proterozoicznego zawiera duże kryształy ortopiroksenu o charakterystycznym składzie. Są to tak zwane megakryształy ortopiroksenu wysokoglinowego (HAOM).

HAOM są charakterystyczne, ponieważ 1) zawierają większe ilości Al niż typowo spotykane w ortopiroksenach; 2) są poprzecinane licznymi cienkimi lamelami plagioklazu, które mogą reprezentować lamelki egzsolacyjne; i 3) wydają się być starsze niż anortozyty, w których występują.

Pochodzenie HAOMów jest przedmiotem dyskusji.

Jeden z możliwych modeli sugeruje, że podczas formowania anortozytów, pochodzący z płaszcza stop (lub częściowo krystaliczny grzyb) został wstrzyknięty do dolnej skorupy i rozpoczął krystalizację. HAOMy wykrystalizowałyby się w tym czasie, być może nawet w ciągu 80-120 milionów lat. Niosący HAOM topik mógł następnie wznieść się do górnej skorupy. Model ten jest wspierany przez fakt, że aluminium jest bardziej rozpuszczalne w ortopiroksenie przy wysokim ciśnieniu. W tym modelu, HAOM reprezentują dolno-krustaliczne kumulaty, które są związane z anortozytowym źródłem-magmą.

Jeden problem z tym modelem jest taki, że wymaga on, aby anortozytowe źródło-magma siedziało w niskiej skorupie przez znaczny czas. Aby to rozwiązać, niektórzy autorzy sugerują, że HAOMy mogły uformować się w dolnej skorupie niezależnie od anortozytowej magmy źródłowej. Później, anortozytowe źródło-magma mogło porwać kawałki HAOM-nośnej dolnej skorupy na swojej drodze w górę.

Inni badacze uważają, że składy chemiczne HAOM są produktem szybkiej krystalizacji przy umiarkowanych lub niskich ciśnieniach, co całkowicie eliminuje potrzebę pochodzenia z dolnej skorupy.

Origins of Proterozoic anorthositesEdit

Pochodzenie proterozoicznych anortozytów było przedmiotem teoretycznej debaty przez wiele dziesięcioleci. Krótkie streszczenie tego problemu jest następujące:

Problem zaczyna się od generowania magmy, niezbędnego prekursora każdej skały magmowej.

Magma generowana przez niewielkie ilości częściowego topnienia płaszcza ma na ogół skład bazaltowy. W normalnych warunkach skład magmy bazaltowej wymaga krystalizacji od 50 do 70% plagioklazu, przy czym większa część pozostałej części magmy krystalizuje jako minerały maficzne. Jednakże anortozyty charakteryzują się wysoką zawartością plagioklazu (90-100% plagioklazu) i nie występują w połączeniu ze współczesnymi skałami ultramafickimi. Jest to obecnie znane jako „problem anortozytu”. Proponowane rozwiązania problemu anortozytów były różnorodne, przy czym wiele z propozycji czerpało z różnych subdyscyplin geologicznych.

Wcześniej w historii debaty nad anortozytem sugerowano, że specjalny rodzaj magmy, magma anortozytowa, została wytworzona na głębokości i umieszczona w skorupie. Jednak solidus magmy anortozytowej jest zbyt wysoki, by mogła ona istnieć jako ciecz przez bardzo długi czas w normalnych temperaturach otoczenia skorupy, więc wydaje się to mało prawdopodobne. Wykazano, że obecność pary wodnej obniża temperaturę solidus magmy anortozytowej do bardziej rozsądnych wartości, ale większość anortozytów jest stosunkowo sucha. Można więc postulować, że para wodna jest wypierana przez późniejszy metamorfizm anortozytu, ale niektóre anortozyty są niezdeformowane, co unieważnia tę sugestię.

Odkrycie pod koniec lat 70-tych grobli anortozytowych w Nain Plutonic Suite sugerowało, że możliwość istnienia magm anortozytowych w temperaturach skorupy ziemskiej wymaga ponownego zbadania. Jednakże później okazało się, że groble te są bardziej złożone niż pierwotnie sądzono.

Podsumowując, chociaż procesy ciekłego stanu wyraźnie działają w niektórych plutonach anortozytowych, plutony te prawdopodobnie nie pochodzą z magm anortozytowych.

Wielu badaczy argumentowało, że anortozyty są produktami magmy bazaltowej i że nastąpiło mechaniczne usunięcie minerałów maficznych. Ponieważ minerały mafickie nie występują z anortozytami, minerały te musiały pozostać albo na głębszym poziomie, albo u podstawy skorupy. Typowa teoria jest następująca: częściowe stopienie płaszcza generuje bazaltową magmę, która nie od razu wznosi się do skorupy. Zamiast tego, magma bazaltowa tworzy dużą komorę magmową u podstawy skorupy i frakcjonuje duże ilości minerałów maficznych, które opadają na dno komory. Współkrystalizujące kryształy plagioklazu unoszą się na powierzchni i ostatecznie zostają osadzone w skorupie jako plutony anortozytowe. Większość z tonących minerałów mafickich tworzy ultramafickie kumulaty, które pozostają u podstawy skorupy.

Teoria ta ma wiele atrakcyjnych cech, z których jedną jest zdolność do wyjaśnienia składu chemicznego megakryształów ortopiroksenu wysokoglinowego (HAOM). Jest to szczegółowo opisane poniżej w części poświęconej HAOM. Jednak hipoteza ta sama w sobie nie jest w stanie spójnie wyjaśnić genezy anortozytów, gdyż nie pasuje m.in. do kilku ważnych pomiarów izotopowych wykonanych na skałach anortozytowych w Nain Plutonic Suite. Dane izotopowe Nd i Sr wskazują, że magma, która wytworzyła anortozyty nie mogła pochodzić wyłącznie z płaszcza. Zamiast tego magma, która dała początek anortozytom z Nain Plutonic Suite musiała mieć znaczący składnik skorupowy. Odkrycie to doprowadziło do nieco bardziej skomplikowanej wersji poprzedniej hipotezy: Duże ilości magmy bazaltowej tworzą komorę magmową u podstawy skorupy, a podczas krystalizacji asymilują duże ilości skorupy.

Ten niewielki dodatek wyjaśnia zarówno charakterystykę izotopową, jak i pewne inne chemiczne niuanse proterozoicznych anortozytów. Jednak przynajmniej jeden badacz przekonująco argumentował, na podstawie danych geochemicznych, że rola płaszcza w produkcji anortozytów musi być faktycznie bardzo ograniczona: płaszcz dostarcza jedynie impulsu (ciepła) do topnienia skorupy i niewielkiej ilości częściowego stopienia w postaci magmy bazaltowej. Tak więc anortozyty pochodzą, w tym ujęciu, prawie w całości z niższych stopów skorupy.