Anorthositul

VârstaEdit

Anorthositele proterozoice au fost plasate în timpul Eonului Proterozoic (cca. 2.500-542 Ma), deși cele mai multe au fost plasate între 1.800 și 1.000 Ma.

PrezențaEdit

Anorthositele proterozoice apar de obicei sub formă de stocuri extinse sau batholite. Întinderea areală a batoliților de anortosit variază de la relativ mică (zeci sau sute de kilometri pătrați) până la aproape 20.000 km2 (7.700 de mile pătrate), în cazul suitei plutonice Nain din nordul Labradorului, Canada.

Cele mai importante prezențe de anortosit proterozoic se găsesc în sud-vestul Statelor Unite, Munții Apalași (de exemplu, Honeybrook Upland din estul Pennsylvaniei), în estul Canadei (de exemplu, Provincia Grenville), în sudul Scandinaviei și în estul Europei. Cartografiate pe configurația continentală pangaeană a acelui eon, toate aceste ocurențe sunt cuprinse într-o singură centură dreaptă și trebuie să fi fost plasate intracratonal. Condițiile și constrângerile acestui model de origine și distribuție nu sunt clare. Cu toate acestea, a se vedea secțiunea „Origini” de mai jos.

Roci înruditeEdit

Multe anorthosite proterozoice apar în asociere spațială cu alte tipuri de roci contemporane, foarte distincte: așa-numita „suită de anorthosite” sau „complexul anorthosite-mangerite-charnockite-granite (AMCG)”.

Aceste tipuri de roci pot include:

• Mangerit: o rocă ionoasă intrusivă monzonită purtătoare de piroxen
• Charnockit: o rocă de cuarț-feldspat purtătoare de ortopiroxen, considerată cândva a fi o rocă ionoasă intrusivă, acum recunoscută ca fiind metamorfică
• Roci felsice bogate în fier, inclusiv monzonitul și granitul rapakivi
• Diorit bogat în fier, gabro, și norit
• Roci mafice leucocratice, cum ar fi leucotroctolitul și leuconoritul

Cu toate că sunt covalescente, aceste roci reprezintă probabil magme independente din punct de vedere chimic, produse probabil prin topirea rocilor de câmpie în care au intruzionat anortositele.

Important este faptul că nu se găsesc volume mari de roci ultramafice în asociere cu anortositele proterozoice.

Caracteristici fiziceEdit

Din moment ce sunt compuse în principal din feldspat de plagioclase, majoritatea anorthositelor proterozoice apar, în afloriment, ca fiind gri sau albăstrui. Cristalele individuale de plagioclase pot fi negre, albe, albastre sau gri și pot prezenta o iridescență cunoscută sub numele de labradorescență pe suprafețele proaspete. Varietatea de feldspat labradorit este frecvent prezentă în anorthosite. Din punct de vedere mineralogic, labradoritul este un termen de compoziție pentru orice feldspat plagioclasic bogat în calciu care conține 50-70 procente moleculare de anorthit (An 50-70), indiferent dacă prezintă sau nu labradorescență. Mineralul mafic din anorthositul proterozoic poate fi clinopiroxen, ortopiroxen, olivină sau, mai rar, amfibol. Oxizii, cum ar fi magnetita sau ilmenitul, sunt, de asemenea, obișnuiți.

Majoritatea plutonilor de anorthosit sunt cu granulație foarte grosieră; adică, cristalele individuale de plagioclase și mineralul mafic care le însoțește au o lungime mai mare de câțiva centimetri. Mai rar, cristalele de plagioclase sunt megacritice, sau mai mari de un metru lungime. Cu toate acestea, cele mai multe anorthosite proterozoice sunt deformate, iar astfel de cristale mari de plagioclase s-au recristalizat pentru a forma cristale mai mici, lăsând în urmă doar conturul cristalelor mai mari.

În timp ce mulți plutoni de anorthosite proterozoice par să nu aibă structuri igneice relicte pe scară largă (având în schimb structuri deformaționale post-deplasare), unii au stratificații igneice, care pot fi definite de mărimea cristalelor, conținutul de mafic sau caracteristicile chimice. O astfel de stratificare își are în mod clar originile cu o magmă în stare lichidă din punct de vedere reologic.

Caracteristici chimice și izotopiceEdit

Anorthositele proterozoice sunt de obicei >90% plagioclase, iar compoziția plagioclaselor este de obicei între An40 și An60 (40-60% anorthit). Acest interval de compoziție este intermediar și este una dintre caracteristicile care diferențiază anortositele proterozoice de anortositele arheene (care sunt de obicei >An80).

Anortositele proterozoice au adesea componente mafice semnificative în plus față de plagioclasat. Aceste faze pot include olivină, piroxen, oxizi de Fe-Ti și/sau apatită. Mineralele mafice din anortositele proterozoice au o gamă largă de compoziții, dar, în general, nu sunt puternic magneziene.

Chimia oligoelementelor din anortositele proterozoice, precum și tipurile de roci asociate, a fost examinată în detaliu de cercetători cu scopul de a ajunge la o teorie genetică plauzibilă. Cu toate acestea, există încă puțin acord cu privire la ceea ce înseamnă rezultatele pentru geneza anorthositelor; a se vedea secțiunea „Origini” de mai jos. O listă foarte scurtă de rezultate, inclusiv rezultate pentru roci despre care se crede că sunt înrudite cu anortositele proterozoice,

Câteva cercetări s-au concentrat asupra determinărilor izotopice ale neodimului (Nd) și stronțiului (Sr) pentru anortosite, în special pentru anortositele din Suita Plutonică Nain (NPS). Astfel de determinări izotopice sunt utile pentru a evalua viabilitatea surselor potențiale pentru magmele care au dat naștere la anortosite. Unele rezultate sunt detaliate mai jos în secțiunea „Origini”.

Megacristale de ortopiroxen cu conținut ridicat de alumină (HAOMs)Edit

Multe anortosite de vârstă proterozoică conțin cristale mari de ortopiroxen cu compoziții distincte. Acestea sunt așa-numitele megacristale de ortopiroxen cu conținut ridicat de alumină (HAOM).

HAOM sunt distinctive deoarece 1) conțin cantități mai mari de Al decât cele întâlnite în mod obișnuit în ortopiroxeni; 2) sunt tăiate de numeroase laturi subțiri de plagioclase, care pot reprezenta lame de exsoluție; și 3) par a fi mai vechi decât anortositele în care se găsesc.

Originea HAOM-urilor este dezbătută.

Un model posibil sugerează că, în timpul formării anortositului, o topitură derivată din mantaua (sau o pastă parțial cristalină) a fost injectată în crusta inferioară și a început să cristalizeze. HAOM-urile s-ar fi cristalizat în acest timp, poate chiar și în decurs de 80-120 de milioane de ani. Topitura purtătoare de HAOM ar fi putut apoi să urce în scoarța superioară. Acest model este susținut de faptul că aluminiul este mai solubil în ortopiroxen la presiune ridicată. În acest model, HAOM reprezintă cumulate din crusta inferioară care sunt legate de sursa de anorthosit-magma.

O problemă cu acest model este că necesită ca sursa de anorthosit-magma să stea în crusta inferioară pentru o perioadă considerabilă de timp. Pentru a rezolva această problemă, unii autori sugerează că este posibil ca HAOM-urile să se fi format în crusta inferioară independent de sursa-magma de anorthosit. Ulterior, sursa-magma de anortosit ar fi putut antrena bucăți din scoarța inferioară purtătoare de HAOM în drumul său ascendent.

Alți cercetători consideră că compozițiile chimice ale HAOM sunt produsul unei cristalizări rapide la presiuni moderate sau scăzute, eliminând cu totul necesitatea unei origini în crusta inferioară.

Originea anorthositelor proterozoiceEdit

Originea anorthositelor proterozoice a fost un subiect de dezbatere teoretică timp de multe decenii. Un scurt rezumat al acestei probleme este următorul:

Problema începe cu generarea magmei, precursorul necesar al oricărei roci igoase.

Magma generată de cantități mici de topire parțială a mantalei este, în general, de compoziție bazaltică. În condiții normale, compoziția magmei bazaltice impune ca aceasta să cristalizeze între 50 și 70% plagioclase, cea mai mare parte a restului de magmă cristalizându-se sub formă de minerale mafice. Cu toate acestea, anortositele sunt definite de un conținut ridicat de plagioclasat (90-100% plagioclasat) și nu se găsesc în asociere cu roci ultramafice contemporane. Acest lucru este acum cunoscut sub numele de „problema anortositului”. Soluțiile propuse pentru problema anorthositului au fost diverse, multe dintre propuneri apelând la diferite subdiscipline geologice.

A fost sugerat la începutul istoriei dezbaterii despre anortosit că un tip special de magmă, magma anortosită, a fost generată la adâncime și plasată în crustă. Cu toate acestea, solidus-ul unui magma anorthositic este prea mare pentru ca acesta să existe ca lichid pentru foarte mult timp la temperaturile normale ale crustei, astfel încât acest lucru pare a fi puțin probabil. S-a demonstrat că prezența vaporilor de apă scade temperatura solidus a magmei anorthositice la valori mai rezonabile, dar majoritatea anorthositelor sunt relativ uscate. Se poate deci postula că vaporii de apă sunt alungați de metamorfismul ulterior al anorthositei, dar unele anorthosite sunt nedeformate, invalidând astfel sugestia.

Descoperirea, la sfârșitul anilor 1970, a dyke-urilor anorthositice în Suita Plutonică Nain, a sugerat că trebuie reexaminată posibilitatea ca magmele anorthositice să existe la temperaturi crustale. Cu toate acestea, s-a dovedit mai târziu că digurile au fost mai complexe decât se credea inițial.

În concluzie, deși procesele în stare lichidă operează în mod clar în unii plutoni de anorthosite, plutonii nu sunt probabil derivați din magme anorthositice.

Mai mulți cercetători au susținut că anorthositele sunt produse ale magmei bazaltice și că a avut loc o îndepărtare mecanică a mineralelor mafice. Deoarece mineralele mafice nu se găsesc împreună cu anortositele, aceste minerale trebuie să fi fost lăsate fie la un nivel mai adânc, fie la baza crustei. O teorie tipică este următoarea: topirea parțială a mantalei generează o magmă bazaltică, care nu urcă imediat în crustă. În schimb, magma bazaltică formează o cameră magmatică mare la baza scoarței și fracționează cantități mari de minerale mafice, care se scufundă în partea de jos a camerei. Cristalele de plagioclase care se cocristalizează plutesc și, în cele din urmă, sunt plasate în crustă sub formă de plutoni de anorthosit. Cea mai mare parte a mineralelor mafice care se scufundă formează cumulate ultramafice care rămân la baza crustei.

Această teorie are multe caracteristici atrăgătoare, dintre care una este capacitatea de a explica compoziția chimică a megacristalelor de ortopiroxen cu conținut ridicat de alumină (HAOM). Acest lucru este detaliat mai jos, în secțiunea dedicată HAOM. Cu toate acestea, de una singură, această ipoteză nu poate explica în mod coerent originile anorthositelor, deoarece nu se potrivește, printre altele, cu unele măsurători izotopice importante efectuate asupra rocilor anorthositice din Suita Plutonică Nain. Datele izotopice de Nd și Sr arată că magma care a produs anortositele nu poate fi derivată doar din mantaua. În schimb, magma care a dat naștere anorthositelor din Suita Plutonică Nain trebuie să fi avut o componentă crustală semnificativă. Această descoperire a dus la o versiune puțin mai complicată a ipotezei anterioare: Cantități mari de magmă bazaltică formează o cameră magmatică la baza crustei și, în timp ce cristalizează, asimilează cantități mari de crustă.

Acest mic addendum explică atât caracteristicile izotopice, cât și anumite alte subtilități chimice ale anorthositului proterozoic. Cu toate acestea, cel puțin un cercetător a argumentat în mod convingător, pe baza datelor geochimice, că rolul mantalei în producția de anortosite trebuie să fie de fapt foarte limitat: mantaua furnizează doar impulsul (căldura) pentru topirea crustei și o cantitate mică de topire parțială sub formă de magmă bazaltică. Astfel, anortositele sunt, din acest punct de vedere, derivate aproape în întregime din topiturile crustale inferioare.

.