Anorthosit

ÅlderEdit

Proterozoiska anorthositer har placerats under den proterozoiska eon (ca. 2 500-542 Ma), även om de flesta placerades mellan 1 800 och 1 000 Ma.

FörekomstEdit

Proterozoiska anorthositer uppträder vanligtvis i form av omfattande lager eller batholiter. Den areella utbredningen av anorthositbatholiter varierar från relativt små (dussintals eller hundratals kvadratkilometer) till nästan 20 000 km2, i fallet med Nain Plutonic Suite i norra Labrador, Kanada.

Större förekomster av proterozoisk anorthosit finns i sydvästra USA, Appalacherna (t.ex. Honeybrook Upland i östra Pennsylvania), östra Kanada (t.ex. Grenvilleprovinsen), i södra Skandinavien och östra Europa. Kartlagt på den pangaeiska kontinentalkonfigurationen från den eon är dessa förekomster alla inrymda i ett enda rakt bälte, och måste alla ha placerats intrakratonalt. Villkoren och begränsningarna för detta mönster av ursprung och utbredning är inte klara. Se dock avsnittet Ursprung nedan.

Relaterade bergarterRedigera

Många proterozoiska anorthositer förekommer i rumsligt samband med andra mycket distinkta, samtida bergarter: den så kallade ”anorthosit-sviten” eller ”anorthosit-mangerit-charnockit-granit (AMCG)-komplexet”.

Dessa bergarter kan omfatta:

• Mangerit: en pyroxenbärande monzonit som är en intrusiv magmatisk bergart
• Charnockit: En ortopyroxenbärande kvarts-fältspatsten, som tidigare ansågs vara en intrusiv magmatisk bergart, men som nu erkänns som metamorf
• Järnrika felsiska bergarter, inklusive monzonit och rapakivi granit
• Järnrik diorit, gabbro, och norit
• Leukokratiska mafiska bergarter som leucotroctolit och leuconorit

Och även om de är samtida, representerar dessa bergarter troligen kemiskt oberoende magma, troligen producerade genom smältning av bergarter i vilka anorthositerna trängde in.

Väsentligt är att stora volymer av ultramafiska bergarter inte hittas i samband med proterozoiska anorthositer.

Fysiska egenskaperRedigera

Då de huvudsakligen består av plagioklasfältspat verkar de flesta proterozoiska anorthositer, i utfall, vara grå eller blåaktiga. Enskilda plagioklaskristaller kan vara svarta, vita, blå eller grå och kan uppvisa en irisering som kallas labradorescens på färska ytor. Fältspatvarianten labradorit är vanligt förekommande i anorthositer. Mineralogiskt sett är labradorit en sammansättningsbeteckning för alla kalciumrika plagioklasfältspater som innehåller 50-70 molekylära procent anorthit (An 50-70), oavsett om de uppvisar labradorescens eller inte. Det mafiska mineralet i proterozoisk anorthosit kan vara klinopyroxen, ortopyroxen, olivin eller, mer sällan, amfibol. Oxider, såsom magnetit eller ilmenit, är också vanliga.

De flesta anorthositplutoner är mycket grovkorniga, det vill säga de enskilda plagioklaskristallerna och det medföljande mafiska mineralet är mer än några centimeter långa. Mindre vanligt är att plagioklaskristaller är megakristaller, eller större än en meter långa. De flesta proterozoiska anorthositer är dock deformerade, och sådana stora plagioklaskristaller har omkristalliserats för att bilda mindre kristaller och lämnar endast konturerna av de större kristallerna kvar.

Men även om många proterozoiska anorthositplutoner inte tycks ha några storskaliga relikta magmatiska strukturer (de har i stället deformationsstrukturer efter placeringen), så har en del av dem magmatiska skiktningar, som kan definieras genom kristallstorlek, mafiskhalt eller kemiska egenskaper. En sådan skiktning har helt klart sitt ursprung i en magma i reologiskt flytande tillstånd.

Kemiska och isotopiska egenskaperRedigera

Proterozoiska anorthositer är typiskt >90% plagioklas, och plagioklasens sammansättning ligger vanligen mellan An40 och An60 (40-60% anorthit). Detta sammansättningsintervall är intermediärt och är en av de egenskaper som skiljer proterozoiska anorthositer från arkeiska anorthositer (som vanligtvis är >An80).

Proterozoiska anorthositer har ofta betydande mafiska komponenter utöver plagioklas. Dessa faser kan inkludera olivin, pyroxen, Fe-Ti oxider och/eller apatit. Mafiska mineraler i proterozoiska anorthositer har ett brett spektrum av sammansättning, men är i allmänhet inte mycket magnesiska.

Spårelementkemin i proterozoiska anorthositer, och de tillhörande bergartstyperna, har undersökts i viss detalj av forskare i syfte att komma fram till en plausibel genetisk teori. Det råder dock fortfarande liten enighet om vad resultaten betyder för anorthositens uppkomst, se avsnittet ”Ursprung” nedan. En mycket kort lista över resultat, inklusive resultat för bergarter som tros vara relaterade till proterozoiska anorthositer,

En del forskning har fokuserat på isotopbestämningar av neodym (Nd) och strontium (Sr) för anorthositer, särskilt för anorthositer i Nain Plutonic Suite (NPS). Sådana isotopbestämningar är användbara för att bedöma lönsamheten hos potentiella källor för magma som gav upphov till anorthositer. Några resultat beskrivs nedan i avsnittet ”Ursprung”.

Högaluminösa ortopyroxen megakristaller (HAOMs)Redigera

Många anorthositer från proterozoisk ålder innehåller stora kristaller av ortopyroxen med distinkta kompositioner. Dessa är så kallade high-alumina ortopyroxen megakristaller (HAOM).

HAOM är utmärkande eftersom 1) de innehåller högre mängder Al än vad som vanligen ses i ortopyroxener, 2) de skärs av många tunna lister av plagioklas, som kan representera exsolutionslameller, och 3) de tycks vara äldre än de anorthositer i vilka de finns.

Haoms ursprung är omdiskuterat.

En möjlig modell föreslår att under anorthositbildningen injicerades en från manteln härledd smälta (eller delvis kristallin svamp) in i den nedre jordskorpan och började kristallisera. HAOMs skulle ha kristalliserats ut under denna tid, kanske så länge som 80-120 miljoner år. Den HAOM-haltiga smältan kan sedan ha stigit upp till den övre skorpan. Denna modell stöds av det faktum att aluminium är mer lösligt i ortoproxen vid högt tryck. I den här modellen representerar HAOM kumulaten från lägre skorpor som är relaterade till anorthositkällmagman.

Ett problem med den här modellen är att den kräver att anorthositkällmagman ska sitta i den låga skorpan under en avsevärd tid. För att lösa detta föreslår vissa författare att HAOMs kan ha bildats i den lägre skorpan oberoende av anorthositkällmagman. Senare kan anorthositkällmagman ha dragit med sig bitar av den HAOM-bärande lägre skorpan på sin väg uppåt.

Andra forskare anser att HAOM:s kemiska sammansättning är en produkt av snabb kristallisering vid måttligt eller lågt tryck, vilket helt eliminerar behovet av ett ursprung i lägre skorpor.

Ursprunget till proterozoiska anorthositerRedigera

Ursprunget till proterozoiska anorthositer har varit föremål för teoretisk debatt i många decennier. En kort sammanfattning av detta problem är följande:

Problemet börjar med genereringen av magma, den nödvändiga föregångaren till alla magmatiska bergarter.

Magma som genereras av små mängder partiell smältning av manteln är i allmänhet av basaltisk sammansättning. Under normala förhållanden kräver sammansättningen av basaltisk magma att den kristalliserar mellan 50 och 70 % plagioklas, medan huvuddelen av resten av magman kristalliserar som mafiska mineraler. Anorthositer definieras dock av en hög plagioklashalt (90-100 % plagioklas) och förekommer inte i samband med samtida ultramafiska bergarter. Detta är numera känt som ”anorthositproblemet”. Förslagen till lösningar på anorthositproblemet har varit mycket varierande, och många av förslagen bygger på olika geologiska underdiscipliner.

Det föreslogs tidigt i anorthositdebattens historia att en speciell typ av magma, anorthositisk magma, hade genererats på djupet och placerats in i jordskorpan. Solidus för en anorthositisk magma är dock för hög för att den ska kunna existera som vätska särskilt länge vid normala temperaturer i jordskorpan, så detta verkar vara osannolikt. Närvaron av vattenånga har visat sig sänka solidustemperaturen hos anorthositisk magma till mer rimliga värden, men de flesta anortositer är relativt torra. Man kan då postulera att vattenånga drivs bort genom efterföljande metamorfism av anorthositen, men vissa anorthositer är odeformerade, vilket gör förslaget ogiltigt.

Fyndet, i slutet av 1970-talet, av anorthositiska dyk i Nain Plutonic Suite, föreslog att möjligheten att anorthositisk magma kan existera vid krustatemperaturer behövde omprövas. Diken visade sig dock senare vara mer komplexa än vad man ursprungligen trodde.

Sammanfattningsvis kan man konstatera att även om processer i flytande tillstånd uppenbarligen verkar i vissa anorthositplutoner, så härstammar plutonerna troligen inte från anorthositmagma.

Många forskare har hävdat att anorthositerna är produkter av basaltisk magma och att ett mekaniskt avlägsnande av mafiska mineraler har ägt rum. Eftersom de mafiska mineralerna inte återfinns tillsammans med anorthositerna måste dessa mineraler ha lämnats kvar på antingen en djupare nivå eller vid basen av jordskorpan. En typisk teori är följande: Partiell smältning av manteln genererar en basaltisk magma, som inte omedelbart stiger upp i skorpan. I stället bildar den basaltiska magman en stor magmakammare vid skorpans bas och fraktionerar stora mängder mafiska mineraler, som sjunker till botten av kammaren. De samkristalliserande plagioklaskristallerna flyter och placeras så småningom in i jordskorpan som anorthositplutoner. De flesta av de sjunkande mafiska mineralerna bildar ultramafiska kumulationer som stannar vid skorpans bas.

Denna teori har många tilltalande egenskaper, varav en är förmågan att förklara den kemiska sammansättningen av ortopyroxenmegakristaller med hög aluminiumhalt (HAOM). Detta beskrivs närmare nedan i det avsnitt som ägnas åt HAOM. På egen hand kan denna hypotes dock inte på ett sammanhängande sätt förklara ursprunget av anorthositer, eftersom den inte stämmer överens med bland annat några viktiga isotopmätningar som gjorts på anorthositiska bergarter i Nain Plutonic Suite. Nd- och Sr-isotopdata visar att den magma som producerade anorthositerna inte kan ha kommit enbart från manteln. I stället måste den magma som gav upphov till anorthositerna i Nain plutoniska svit ha haft en betydande komponent från jordskorpan. Denna upptäckt ledde till en något mer komplicerad version av den tidigare hypotesen: Stora mängder basaltisk magma bildar en magmakammare vid basen av jordskorpan, och när den kristalliserar assimilerar den stora mängder jordskorpa.

Detta lilla tillägg förklarar både de isotopiska egenskaperna och vissa andra kemiska finesser hos proterozoisk anorthosit. Minst en forskare har dock övertygande hävdat, på grundval av geokemiska data, att mantelns roll i produktionen av anorthositer faktiskt måste vara mycket begränsad: manteln ger endast impulsen (värmen) för smältning av jordskorpan och en liten mängd partiell smältning i form av basaltisk magma. Anorthositerna härstammar alltså, enligt detta synsätt, nästan helt och hållet från smältningar från den lägre jordskorpan.