Анортозит ( / ə ˈ n ɔːr θ ə s aɪ t / ) — фанеритовая интрузивная магматическая порода , характеризующаяся своим составом: преимущественно плагиоклазовый полевой шпат (90–100 %), с минимальным основным компонентом (0–10 %). Пироксен , ильменит , магнетит и оливин — наиболее часто встречающиеся темноцветные минералы .
Анортозиты представляют огромный геологический интерес, поскольку до сих пор не до конца понятно, как они образуются. Большинство моделей предполагают разделение кристаллов плагиоклаза по их плотности. Кристаллы плагиоклаза обычно менее плотны, чем магма; Итак, когда плагиоклаз кристаллизуется в магматическом очаге, кристаллы плагиоклаза всплывают наверх, концентрируясь там. [1] [2] [3]
Анортозит на Земле можно разделить на пять типов: [3]
Из них наиболее распространены первые два. Эти два типа имеют разные способы возникновения, по-видимому, относятся к разным периодам истории Земли и, как полагают, имеют разное происхождение. [2]
Лунные анортозиты представляют собой светлые участки поверхности Луны и были предметом многочисленных исследований. [4]
Протерозойские анортозиты были внедрены во время протерозойского эона (ок. 2500–542 млн лет назад ), хотя большинство из них были внедрены между 1800 и 1000 млн лет назад. [2]
Протерозойские анортозиты обычно встречаются в виде обширных штоков или батолитов . [1] Площадь анортозитовых батолитов колеблется от относительно небольшой (десятки или сотни квадратных километров) до почти 20 000 км 2 (7700 квадратных миль), как в случае плутонической свиты Наин или кратера Мистастин [5] на севере Лабрадора, Канада.
Основные проявления протерозойского анортозита обнаружены на юго-востоке США, в Аппалачах (например, на возвышенности Ханибрук в восточной Пенсильвании), в восточной Канаде (например, в провинции Гренвилл), на юге Скандинавии и в Восточной Европе . Нанесенные на карту континентальной конфигурации Пангеи того эона, все эти образования содержатся в одном прямом поясе и, должно быть, все были размещены внутри кратона . Условия и ограничения этой модели происхождения и распространения не ясны. [ нужна цитация ] Однако см. раздел «Происхождение» ниже.
Многие протерозойские анортозиты встречаются в пространственной ассоциации с другими весьма своеобразными современными типами пород: так называемой «анортозитовой свитой» или «комплексом анортозит- мангерит - чарнокит -гранит (AMCG)».
К этим типам горных пород можно отнести:
Хотя эти породы являются ровесниками , они, вероятно, представляют собой химически независимые магмы, вероятно, образовавшиеся в результате плавления вмещающих пород , в которые внедрились анортозиты. [2]
Важно отметить, что большие объемы ультраосновных пород в ассоциации с протерозойскими анортозитами не обнаружены. [6]
_Labrador.jpg/1280px-Blue_Eyes_Granite_(anorthosite)_Labrador.jpg)
Поскольку они в основном состоят из плагиоклазового полевого шпата, большинство протерозойских анортозитов на обнажениях кажутся серыми или голубоватыми. Отдельные кристаллы плагиоклаза могут быть черными, белыми, синими или серыми и на свежих поверхностях могут проявлять переливчатость , известную как лабрадоресценция . Лабрадорит полевого шпата обычно присутствует в анортозитах. С минералогической точки зрения лабрадорит — это композиционный термин для любого богатого кальцием плагиоклазового полевого шпата, содержащего 50–70 молекулярных процентов анортита (An 50–70), независимо от того, проявляет ли он лабрадоресценцию. Основным минералом протерозойского анортозита может быть клинопироксен , ортопироксен , оливин или, реже, амфибол . Также распространены оксиды , такие как магнетит или ильменит .
Большинство анортозитовых плутонов очень крупнозернистые ; то есть отдельные кристаллы плагиоклаза и сопутствующий темноцветный минерал имеют длину более нескольких сантиметров. Реже кристаллы плагиоклаза имеют мегакристальную форму или имеют длину более одного метра. Однако большинство протерозойских анортозитов деформированы , и такие крупные кристаллы плагиоклаза перекристаллизовались, образовав более мелкие кристаллы, оставив после себя только контуры более крупных кристаллов.
Хотя многие протерозойские анортозитовые плутоны, по-видимому, не имеют крупномасштабных реликтовых магматических структур (имея вместо этого деформационные структуры после внедрения), некоторые из них имеют магматическую слоистость, которая может определяться размером кристаллов, основным содержанием или химическими характеристиками. Такое наслоение явно имеет происхождение из реологически жидкой магмы .
Протерозойские анортозиты обычно состоят на >90% из плагиоклаза, а состав плагиоклаза обычно находится между An 40 и An 60 (40–60% анортита ). [1] Этот диапазон составов является промежуточным и является одной из характеристик, которые отличают протерозойские анортозиты от архейских анортозитов (которые обычно имеют размер >An 80 ). [1]
Протерозойские анортозиты часто содержат значительные основные компоненты помимо плагиоклаза. [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 высокомагнезиальными. [ нужна цитата ]
Химия микроэлементов протерозойских анортозитов и связанных с ними типов горных пород была достаточно подробно изучена исследователями с целью создания правдоподобной генетической теории. Однако до сих пор нет единого мнения о том, что означают эти результаты для генезиса анортозитов; см. раздел «Происхождение» ниже. Очень краткий список результатов, включая результаты для пород, предположительно связанных с протерозойскими анортозитами, [7] [ необходимы разъяснения ]
Некоторые исследования были сосредоточены на определении изотопов неодима (Nd) и стронция (Sr) для анортозитов, особенно для анортозитов Наинской плутонической свиты (NPS). Такие изотопные определения полезны для оценки жизнеспособности перспективных источников магмы, давшей начало анортозитам. Некоторые результаты подробно описаны ниже в разделе «Происхождение».
Многие анортозиты протерозойского возраста содержат крупные кристаллы ортопироксена своеобразного состава. Это так называемые высокоглиноземистые мегакристаллы ортопироксена (ВАОМ). [8] [9]
HAOM отличаются тем, что 1) они содержат большее количество Al, чем обычно наблюдается в ортопироксенах; 2) они прорезаны многочисленными тонкими пластинками плагиоклаза, которые могут представлять собой пластинки распада; [10] и 3) они кажутся старше анортозитов, в которых они обнаружены. [9]
Происхождение HAOM обсуждается. Одна из возможных моделей [9] предполагает, что во время образования анортозита расплав мантийного происхождения (или частично кристаллическая каша) был внедрен в нижнюю кору и начал кристаллизоваться. HAOM должны были кристаллизоваться за это время, возможно, за 80–120 миллионов лет. Расплав, содержащий HAOM, мог тогда подняться до верхней коры. В пользу этой модели говорит тот факт, что алюминий лучше растворяется в ортопироксене при высоком давлении. [10] [11] В этой модели HAOM представляют собой нижнекоровые кумулаты, которые связаны с анортозитовым источником-магмой. Одна из проблем этой модели заключается в том, что она требует, чтобы анортозитовый источник-магма находился в нижней коре в течение значительного времени. Чтобы решить эту проблему, некоторые авторы [10] предполагают, что ГАОМы могли образоваться в нижней коре независимо от анортозитового источника-магмы. Позже анортозитовый источник-магма, возможно, увлекал на своем пути вверх куски нижней коры, содержащей HAOM. Другие исследователи считают химический состав ГАОМ продуктом быстрой кристаллизации при умеренных или низких давлениях [12] , что вообще исключает необходимость нижнекорового происхождения.
Происхождение протерозойских анортозитов было предметом теоретических дискуссий на протяжении многих десятилетий. Краткое описание этой проблемы таково:
Проблема начинается с образования магмы, необходимого предшественника любой магматической породы.
Магма, образующаяся в результате небольшого частичного плавления мантии, обычно имеет базальтовый состав. В нормальных условиях состав базальтовой магмы требует кристаллизации от 50 до 70% плагиоклаза, при этом основная часть остальной магмы кристаллизуется в виде темноцветных минералов. Однако анортозиты характеризуются высоким содержанием плагиоклаза (90–100% плагиоклаза) и не встречаются в ассоциации с современными ультраосновными породами. [6] Теперь это известно как «проблема анортозита». Предлагаемые решения проблемы анортозита были разнообразными, причем многие из предложений опирались на различные геологические дисциплины.
В начале истории дебатов об анортозите было высказано предположение, что особый тип магмы, анортозитовая магма, образовался на глубине и внедрился в земную кору. Однако солидус анортозитовой магмы слишком высок, чтобы она могла существовать в жидком состоянии очень долго 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. Таким образом, можно предположить, что водяной пар вытесняется в результате последующего метаморфизма анортозита, но некоторые анортозиты не деформируются, что делает это предположение недействительным.
Открытие в конце 1970-х годов анортозитовых даек в плутонической свите Наин предположило, что возможность существования анортозитовой магмы при температурах земной коры необходимо пересмотреть. [13] Однако позже было показано, что дайки более сложны, чем первоначально предполагалось.
Таким образом, хотя процессы жидкого состояния явно происходят в некоторых анортозитовых плутонах, эти плутоны, вероятно, не произошли от анортозитовых магм.
Многие исследователи утверждали, что анортозиты являются продуктами базальтовой магмы и что произошло механическое удаление темноцветных минералов. Поскольку темноцветные минералы в анортозитах не встречаются, 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 земную кору. Вместо этого базальтовая магма образует большой магматический очаг у основания коры и фракционирует большое количество темноцветных минералов, которые опускаются на дно очага. Сокристаллизующиеся кристаллы плагиоклаза плавают и в конечном итоге внедряются в кору в виде плутонов анортозита. Большинство тонущих основных минералов образуют ультраосновные кумулаты , которые остаются в основании коры.
Эта теория имеет много привлекательных особенностей, одна из которых - способность объяснить химический состав мегакристаллов высокоглиноземистого ортопироксена (HAOM). Подробно это 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, выполненными на анортозитовых породах Наинской плутонической свиты. Изотопные данные Nd и Sr показывают, что магма, образовавшая анортозиты, не могла происходить только из мантии. Вместо этого магма, давшая начало анортозитам плутонической свиты Найн, должна была иметь значительный коровый компонент. Это открытие привело к несколько более сложной версии предыдущей гипотезы: большие количества базальтовой магмы образуют магматическую камеру у основания коры и, кристаллизуясь, ассимилируют большие количества коры. [14]
Это небольшое дополнение объясняет как изотопные характеристики, так и некоторые другие химические особенности протерозойского анортозита. Однако, по крайней мере, один исследователь на основе геохимических данных убедительно доказал, что роль мантии в производстве анортозитов на самом деле должна быть очень ограниченной: мантия обеспечивает лишь толчок (тепло) для плавления земной коры и небольшое количество частичного плавления земной коры. расплавляются в виде базальтовой магмы. Таким образом, анортозиты, с этой точки зрения, почти полностью произошли из расплавов нижней коры. [15]
На Луне анортозит является доминирующим типом горной породы лунного нагорья , которое покрывает около 80% лунной поверхности. Лунный анортозит характеризуется как железистый анортозит (FAN) или магниевый анортозит (MAN). [16] Нетронутый лунный ФАН — одна из старейших лунных пород и первоначальный кумулат лунного магматического океана , при этом магниевая свита образовалась в результате более поздних ударов и плутонизма. [17] Тем не менее, существуют споры о фракционировании океана магмы, осложненном смешиванием при воздействии на поверхность, и есть доказательства, потенциально указывающие на то, что ЧЕЛОВЕК старше и примитивнее. [18]
Лунный анортозит связан с двумя другими типами горных пород: норитом и троктолитом . Вместе они составляют свиту лунных пород «ANT». [19] [20]
Архейские анортозиты представляют собой вторые по величине месторождения анортозитов на Земле. Возраст большинства из них датируется 3200–2800 млн лет назад и обычно связан с базальтовыми и/или зеленокаменными поясами. [1]
Архейские анортозиты по текстуре и минералогии отличаются от протерозойских анортозитовых тел. Наиболее характерной их особенностью является наличие изометричных идиоморфных мегакристов (до 30 см) плагиоклаза, окруженных мелкозернистой основной массой. Плагиоклаз в этих анортозитах обычно An80-90.
Основная экономическая ценность анортозитовых тел — титансодержащий оксид ильменит . Однако некоторые протерозойские анортозитовые тела содержат большое количество лабрадорита , который добывается из-за его ценности как драгоценного камня и строительного материала. Архейские анортозиты, поскольку они богаты алюминием , содержат большое количество алюминия, заменяющего кремний ; некоторые из этих тел добываются как алюминиевые руды .
Анортозит был широко представлен в образцах горных пород, привезенных с Луны, и сыграл важную роль в исследованиях Марса , Венеры и метеоритов .
В горах Адирондак почвы на анортозитовых породах, как правило, представляют собой каменистые суглинистые пески с обычно очевидным развитием классического подзолистого профиля. [21] В горах Сан-Габриэль , почвы на анортозите имеют преобладание глинистых минералов 1:1 (каолинит и галлуазит) в отличие от более основных пород, над которыми развиваются глины 2:1. [22]
