stringtranslate.com

Анортозит

Анортозит ( / ə ˈ n ɔːr θ ə s aɪ t / ) — фанеритовая интрузивная магматическая порода , характеризующаяся своим составом: в основном плагиоклазовый полевой шпат (90–100%), с минимальным содержанием основного компонента (0–10%). Наиболее часто встречающиеся основные минералы — пироксен , ильменит , магнетит и оливин .

Анортозиты представляют огромный геологический интерес, поскольку до сих пор не до конца понятно, как они образуются. Большинство моделей предполагают разделение кристаллов плагиоклаза на основе их плотности. Кристаллы плагиоклаза обычно менее плотные, чем магма; поэтому, когда плагиоклаз кристаллизуется в магматической камере, кристаллы плагиоклаза всплывают наверх, концентрируясь там. [1] [2] [3]

Анортозиты на Земле можно разделить на пять типов: [3]

  1. Архейские анортозиты
  2. Протерозойский анортозит (также известный как массивный или массивный анортозит) – наиболее распространенный тип анортозита на Земле [2]
  3. Слои внутри слоистых интрузий (например, интрузии Бушвельда и Стиллуотера )
  4. Срединно-океанический хребет и анортозиты трансформного разлома
  5. Ксенолиты анортозита в других породах (часто гранитах , кимберлитах или базальтах )

Из них первые два являются наиболее распространенными. Эти два типа имеют разные способы возникновения, по-видимому, ограничены разными периодами в истории Земли и, как полагают, имеют разное происхождение. [2]

Лунные анортозиты представляют собой светлые участки поверхности Луны и стали предметом многочисленных исследований. [4]

Присутствие марсианских анортозитов также подтверждено и является предметом продолжающихся исследований. [5]

Протерозойские анортозитовые массивы

Возраст

Протерозойские анортозиты образовались в протерозойскую эру (около 2500–542 млн лет назад ), хотя большинство из них образовалось между 1800 и 1000 млн лет назад. [2]

Происшествие

Протерозойские анортозиты обычно встречаются в виде обширных штоков или батолитов . [1] Площадь анортозитовых батолитов варьируется от относительно небольших (десятки или сотни квадратных километров) до почти 20 000 км 2 (7700 квадратных миль), как в случае с плутонической свитой Нэйн или кратером Мистастин [6] на севере Лабрадора, Канада.

Основные месторождения протерозойских анортозитов обнаружены на юго-востоке США, в Аппалачских горах (например, возвышенность Ханибрук на востоке Пенсильвании), на востоке Канады (например, провинция Гренвилл), по всей южной Скандинавии и восточной Европе . Нанесенные на континентальную конфигурацию Пангеи того эона, все эти месторождения находятся в одном прямолинейном поясе и должны были быть размещены внутрикратонно . Условия и ограничения этой модели происхождения и распространения не ясны. [ требуется ссылка ] Однако см. раздел «Происхождение» ниже.

Родственные породы

Многие протерозойские анортозиты встречаются в пространственной ассоциации с другими весьма своеобразными, современными им типами пород: так называемая «анортозитовая свита» или «комплекс анортозит- мангерит - чарнокит -гранит (AMCG)».

К таким типам горных пород относятся:

Хотя эти породы и являются одновозрастными , они, вероятно, представляют собой химически независимые магмы, вероятно, образовавшиеся в результате плавления вмещающей породы , в которую внедрились анортозиты. [2]

Важно отметить, что большие объемы ультраосновных пород не встречаются в ассоциации с протерозойскими анортозитами. [7]

Физические характеристики

Анортозит Наина, интрузия среднего мезопротерозоя (1,29–1,35 млрд лет), Лабрадор. Полированная плита; синий цвет — лабрадоресценция .

Поскольку они в основном состоят из плагиоклазового полевого шпата, большинство протерозойских анортозитов выглядят в обнажении серыми или голубоватыми. Отдельные кристаллы плагиоклаза могут быть черными, белыми, синими или серыми и могут демонстрировать переливчатость , известную как лабрадоресценция на свежих поверхностях. Разновидность полевого шпата лабрадорит обычно присутствует в анортозитах. Минералогически лабрадорит является композиционным термином для любого богатого кальцием плагиоклазового полевого шпата, содержащего 50–70 молекулярных процентов анортита (An 50–70), независимо от того, демонстрирует ли он лабрадоресценцию. Основной минерал в протерозойских анортозитах может быть клинопироксеном , ортопироксеном , оливином или, реже, амфиболом . Оксиды , такие как магнетит или ильменит , также распространены.

Большинство анортозитовых плутонов очень крупнозернистые ; то есть отдельные кристаллы плагиоклаза и сопутствующие им основные минералы имеют длину более нескольких сантиметров. Реже кристаллы плагиоклаза являются мегакристаллическими или более одного метра в длину. Однако большинство протерозойских анортозитов деформированы , и такие крупные кристаллы плагиоклаза перекристаллизовались , образовав более мелкие кристаллы, оставив только контуры более крупных кристаллов.

В то время как многие протерозойские анортозитовые плутоны, по-видимому, не имеют крупномасштабных реликтовых магматических структур (имея вместо этого пост-внедренные деформационные структуры), некоторые из них имеют магматическую слоистость, которая может быть определена размером кристаллов, содержанием мафических пород или химическими характеристиками. Такая слоистость явно имеет происхождение от реологически жидкой магмы .

Химические и изотопные характеристики

Протерозойские анортозиты обычно состоят из >90% плагиоклаза, а состав плагиоклаза обычно находится между An 40 и An 60 (40–60% анортита ). [1] Этот диапазон состава является промежуточным и является одной из характеристик, отличающих протерозойские анортозиты от архейских анортозитов (которые обычно >An 80 ). [1]

Протерозойские анортозиты часто имеют значительные основные компоненты в дополнение к плагиоклазу. [1] Эти фазы могут включать оливин, пироксен, оксиды Fe-Ti и/или апатит. [2] Основные минералы в протерозойских анортозитах имеют широкий диапазон состава, но, как правило, не являются сильно магнезиальными. [ необходима ссылка ]

Химия микроэлементов протерозойских анортозитов и связанных с ними типов пород была подробно изучена исследователями с целью прийти к правдоподобной генетической теории. Однако все еще мало согласия относительно того, что именно означают результаты для генезиса анортозитов; см. раздел «Происхождение» ниже. Очень краткий список результатов, включая результаты для пород, которые, как считается, связаны с протерозойскими анортозитами, [8] [ необходимо разъяснение ]

Некоторые исследования были сосредоточены на определениях изотопов неодима (Nd) и стронция (Sr) для анортозитов, особенно для анортозитов плутонической свиты Наин (NPS). Такие определения изотопов полезны для оценки жизнеспособности перспективных источников магм, которые дали начало анортозитам. Некоторые результаты подробно описаны ниже в разделе «Происхождение».

Мегакристаллы ортопироксена с высоким содержанием глинозема (HAOM)

Многие анортозиты протерозойского возраста содержат крупные кристаллы ортопироксена с характерным составом. Это так называемые мегакристаллы ортопироксена с высоким содержанием глинозема (HAOM). [9] [10]

HAOM отличаются тем, что 1) они содержат большее количество Al, чем обычно наблюдается в ортопироксенах; 2) они изрезаны многочисленными тонкими пластинками плагиоклаза, которые могут представлять собой пластинки распада; [11] и 3) они, по-видимому, старше анортозитов, в которых они обнаружены. [10]

Происхождение HAOM обсуждается. Одна из возможных моделей [10] предполагает, что во время формирования анортозита расплав мантийного происхождения (или частично кристаллическая каша) был введен в нижнюю кору и начал кристаллизоваться. HAOM могли бы кристаллизоваться в течение этого времени, возможно, в течение 80–120 миллионов лет. Затем расплав, содержащий HAOM, мог подняться в верхнюю кору. Эта модель подтверждается тем фактом, что алюминий более растворим в ортопироксене при высоком давлении. [11] [12] В этой модели HAOM представляют собой кумуляты нижней коры, которые связаны с анортозитовой магмой-источником. Одна из проблем этой модели заключается в том, что она требует, чтобы анортозитовая магма-источник находилась в нижней коре в течение значительного времени. Чтобы решить эту проблему, некоторые авторы [11] предполагают, что HAOM могли образоваться в нижней коре независимо от анортозитовой магмы-источника. Позже, анортозитовый источник-магма мог увлекать за собой части нижней коры, содержащей HAOM, на своем пути вверх. Другие исследователи считают, что химический состав HAOM является продуктом быстрой кристаллизации при умеренных или низких давлениях, [13] полностью исключая необходимость в происхождении из нижней коры.

Происхождение протерозойских анортозитов

Происхождение протерозойских анортозитов было предметом теоретических дебатов на протяжении многих десятилетий. Краткое изложение этой проблемы выглядит следующим образом:

Проблема начинается с образования магмы — необходимого предшественника любой магматической породы.

Магма, образующаяся в результате небольшого количества частичного плавления мантии , обычно имеет базальтовый состав. При нормальных условиях состав базальтовой магмы требует, чтобы она кристаллизовалась на 50–70% из плагиоклаза, а основная часть оставшейся магмы кристаллизовалась в виде основных минералов. Однако анортозиты определяются высоким содержанием плагиоклаза (90–100% плагиоклаза) и не встречаются в ассоциации с современными ультраосновными породами. [7] Теперь это известно как «проблема анортозитов». Предложенные решения проблемы анортозитов были разнообразными, и многие из предложений опирались на различные геологические дисциплины.

В начале истории дебатов об анортозитах было высказано предположение, что особый тип магмы, анортозитовая магма, образовался на глубине и внедрился в кору. Однако солидус анортозитовой магмы слишком высок, чтобы она могла существовать в жидком состоянии в течение длительного времени при нормальных температурах окружающей среды земной коры, поэтому это кажется маловероятным. Было показано, что присутствие водяного пара снижает температуру солидуса анортозитовой магмы до более разумных значений, но большинство анортозитов относительно сухие. Тогда можно постулировать, что водяной пар вытесняется последующим метаморфизмом анортозита, но некоторые анортозиты не деформированы, тем самым опровергая это предположение.

Открытие в конце 1970-х годов анортозитовых даек в плутонической свите Наин показало, что необходимо пересмотреть возможность существования анортозитовых магм при температурах земной коры. [14] Однако позднее было показано, что дайки более сложны, чем считалось изначально.

Подводя итог, можно сказать, что хотя в некоторых анортозитовых плутонах явно происходят процессы в жидком состоянии, эти плутоны, вероятно, не произошли от анортозитовых магм.

Многие исследователи утверждали, что анортозиты являются продуктами базальтовой магмы, и что произошло механическое удаление основных минералов. Поскольку основные минералы не обнаружены вместе с анортозитами, эти минералы должны были остаться либо на более глубоком уровне, либо в основании коры. Типичная теория такова: частичное плавление мантии порождает базальтовую магму, которая не сразу поднимается в кору. Вместо этого базальтовая магма образует большую магматическую камеру в основании коры и фракционирует большое количество основных минералов, которые опускаются на дно камеры. Сокристаллизующиеся кристаллы плагиоклаза всплывают и в конечном итоге внедряются в кору в виде анортозитовых плутонов. Большинство погружающихся основных минералов образуют ультраосновные кумулаты , которые остаются в основании коры.

Эта теория имеет много привлекательных особенностей, одной из которых является способность объяснять химический состав мегакристаллов ортопироксена с высоким содержанием глинозема (HAOM). Это подробно описано ниже в разделе, посвященном HAOM. Однако сама по себе эта гипотеза не может последовательно объяснить происхождение анортозитов, поскольку она не согласуется, среди прочего, с некоторыми важными изотопными измерениями, проведенными на анортозитовых породах в плутонической свите Наин. Изотопные данные Nd и Sr показывают, что магма, которая создала анортозиты, не могла быть получена только из мантии. Вместо этого магма, которая дала начало анортозитам плутонической свиты Наин, должна была иметь значительный коровый компонент. Это открытие привело к несколько более сложной версии предыдущей гипотезы: большие количества базальтовой магмы образуют магматическую камеру в основании коры и, кристаллизуясь, ассимилируют большие количества коры. [15]

Это небольшое дополнение объясняет как изотопные характеристики, так и некоторые другие химические тонкости протерозойских анортозитов. Однако, по крайней мере, один исследователь убедительно утверждал на основе геохимических данных, что роль мантии в образовании анортозитов на самом деле должна быть очень ограниченной: мантия обеспечивает только импульс (тепло) для плавления земной коры и небольшое количество частичного расплава в форме базальтовой магмы. Таким образом, анортозиты, с этой точки зрения, происходят почти полностью из расплавов нижней земной коры. [16]

Лунный анортозит

На Луне анортозит является доминирующим типом горной породы лунных возвышенностей , которые покрывают ~80% лунной поверхности. Лунный анортозит характеризуется как ферроанортозит (FAN) или магниевый анортозит (MAN). [17] Нетронутый лунный FAN является одним из старейших лунных пород и первоначальным кумулятом лунного магматического океана , при этом магниевая свита образовалась в результате более поздних ударов и плутонизма. [18] Однако ведутся споры о фракционировании магматического океана, осложненном смешиванием с поверхностными ударами, при этом имеются доказательства, потенциально указывающие на то, что MAN является более древним и примитивным. [19]

Лунный анортозит ассоциируется с двумя другими типами пород: норитом и троктолитом . Вместе они составляют «ANT»-свиту лунных пород. [20] [21]

Архейские анортозиты

Архейские анортозиты представляют собой вторые по величине месторождения анортозитов на Земле. Большинство из них датируются возрастом от 3200 до 2800 млн лет и обычно связаны с базальтами и/или поясами зеленых камней. [1]

Архейские анортозиты структурно и минералогически отличаются от протерозойских анортозитовых тел. Их наиболее характерной чертой является наличие изометричных, эвгедральных мегакристаллов (до 30 см) плагиоклаза, окруженных мелкозернистой основной массой основного состава. Плагиоклаз в этих анортозитах обычно имеет состав An80-90.

Экономическая ценность

Основная экономическая ценность анортозитовых тел — это титансодержащий оксид ильменит . Однако некоторые протерозойские анортозитовые тела содержат большие запасы лабрадорита , который добывается из-за его ценности как драгоценного камня и строительного материала. Архейские анортозиты, поскольку они богаты алюминием , содержат большие запасы алюминия, заменяющего кремний ; некоторые из этих тел добываются как руды алюминия.

Анортозит был широко представлен в образцах горных пород, привезенных с Луны, и играет важную роль в исследованиях Марса , Венеры и метеоритов .

Развитие почвы на анортозите

В горах Адирондак почвы на анортозитовых породах, как правило, представляют собой каменистые суглинистые пески с классическим подзолистым профилем, который обычно очевиден. [22] В горах Сан-Габриэль почвы на анортозитах имеют преобладание 1:1 глинистых минералов (каолинита и галлуазита) в отличие от более основных пород, на которых развиваются 2:1 глины. [23]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdef Сен, Гаутам (2014). «Анортозиты и коматииты». Петрология . Springer, Берлин, Гейдельберг. стр. 261–276. doi :10.1007/978-3-642-38800-2_12. ISBN 9783642387999.
  2. ^ abcdef Ashwal, LD (2010). «Временность анортозитов». Канадский минералог . 48 (4): 711–728. doi :10.3749/canmin.48.4.711.
  3. ^ ab Ashwal, Lewis D. (1993). Анортозиты . Берлин, Гейдельберг : Springer Berlin Heidelberg . ISBN 9783642774409. OCLC  851768311.
  4. ^ PSRD: Самые старые лунные камни
  5. ^ Картер, Дж.; Пуле, Ф.; Флао, Дж.; Оди, А. (2012-12-01). «Обнаружение анортозитовых пород на Марсе». Американский геофизический союз, осеннее заседание 2012 г., идентификатор тезисов P44A-07 . Получено 16 июня 2024 г.
  6. ^ "Эта лунная миссия приземлится в кратере озера Мистастин на Лабрадоре". CBC . Архивировано из оригинала 2021-08-31.
  7. ^ ab Bowen, NL (1917). «Проблема анортозитов». J. Geol . 25 (3): 209–243. Bibcode :1917JG.....25..209B. doi :10.1086/622473. S2CID  128607774.
  8. ^ Бедар (2001); Эмсли и др. (1994); Сюэ и Морс (1994); Эмсли и Стирлинг (1993); и Сюэ и Морс (1993).
  9. ^ Эмсли, РФ (1975). «Мегакристаллы пироксена из анортозитовых пород: новые ключи к источникам и эволюции родительских магм». Канадский минералог . 13 : 138.
  10. ^ abc Bybee, GM; Ashwal, LD; Shirey, SB; Horan, M.; Mock, T.; Andersen, TB (2014). «Мегакристаллы пироксена в протерозойских анортозитах: последствия для тектонической обстановки, источника магмы и магматических процессов в Мохоровичичах». Earth and Planetary Science Letters . 389 : 74–85. Bibcode : 2014E&PSL.389...74B. doi : 10.1016/j.epsl.2013.12.015.
  11. ^ abc Вандер Аувера, Жаклин; Шарлье, Бернар; Дюшен, Жан Клер; Бинген, Бернар; Лонги, Джон; Болле, Оливье (2014). «Комментарий к Bybee et al. (2014): Мегакристаллы пироксена в протерозойских анортозитах: последствия для тектонической обстановки, источника магмы и магматических процессов в Мохоровичичах». Earth and Planetary Science Letters . 401 : 378–380. Bibcode : 2014E&PSL.401..378V. doi : 10.1016/j.epsl.2014.06.031. hdl : 2268/170510.
  12. ^ Лонги и др. (1993); Эмсли (1975).
  13. ^ например, Сюэ и Морзе, (1994).
  14. ^ Wiebe, Robert A. (1979). «Анортозитовые дайки, южный комплекс Найн, Лабрадор». American Journal of Science . 279 (4): 394–410. Bibcode : 1979AmJS..279..394W. doi : 10.2475/ajs.279.4.394.
  15. ^ Эмсли и др. (1994).
  16. ^ Бедар (2001).
  17. ↑ Хайкен, Ваниман и Френч (1991) «Lunar Sourcebook: Руководство пользователя по Луне», Cambridge University Press, ISBN 0-521--33444-6, стр. 214.
  18. ^ "Torcivia & Neal (2022) "Раскрытие компонентов в катакластическом образце анортозита ферроановой свиты Apollo 16 60025: значение для модели лунного магматического океана", Журнал геофизических исследований: Планеты, том 127, e2020JE006799. https://doi.org/10.1029/2020JE006799
  19. ^ Такеда и др. (2006) «Магнезийные анортозиты и глубокая коровая порода из дальней коры Луны», Earth and Planetary Science Letters, том 247, стр. 171–184. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2006.04.004
  20. ^ «Геологическая история Луны», USGS Professional Paper 1348. (1987) стр. 140. https://pubs.usgs.gov/pp/1348/report.pdf
  21. ^ Стоффлер и др. (1980) «Рекомендуемая классификация и номенклатура горных пород лунных возвышенностей – отчет комитета» Proc.Conf. Lunar Highlands Crust. стр. 51–70.
  22. ^ https://soilseries.sc.egov.usda.gov/OSD_Docs/S/SANTANONI.html Официальная серия Национального кооперативного почвенного обследования США Описание Почва Сантанони
  23. ^ Грэм, RC; Герберт, BE; Эрвин, JO (1988). «Минералогия и начальный педогенез энтисолей в анортозитовом террейне гор Сан-Габриэль, Калифорния». Журнал Американского общества почвоведения . 52 (3): 738. Bibcode : 1988SSASJ..52..738G. doi : 10.2136/sssaj1988.03615995005200030026x.

Библиография

Внешние ссылки