Komatiite - Komatiite

Lava Komatiite în localitatea tip din Valea Komati, Muntele Barberton, Africa de Sud, care prezintă „textura spinifex” distinctă formată din plăci dendritice de olivină (scara arătată de un ciocan pe marginea dreaptă a fotografiei)

Komatiite ( / k oʊ m ɑː t i ˌ aɪ t / ) este un tip de ultramafic manta -derivate rocă vulcanică definit ca fiind cristalizat dintr - o lavă de cel puțin 18% în greutate MgO. Komatiites au un conținut redus de siliciu , potasiu și aluminiu și un conținut ridicat până la extrem de ridicat de magneziu . Komatiite a fost numit pentru localitatea de tip de -a lungul râului Komati din Africa de Sud și prezintă frecvent textura spinifex compusă din plăci dendritice mari de olivină și piroxen.

Komatiites sunt roci rare; aproape toate komatiites s- au format în timpul Archaean eonul (acum 4.0-2.5 miliarde de ani), cu puține mai tineri ( Proterozoic sau Fanerozoic cunoscute exemple). Se consideră că această restricție în vârstă se datorează răcirii mantalei, care ar fi putut fi cu 100-250 ° C (212-482 ° F) mai fierbinte în timpul Archaeanului. Pământul timpuriu a avut o producție de căldură mult mai mare, datorită căldurii reziduale din acreția planetară , precum și a abundenței mai mari de elemente radioactive . Topiturile mantalei cu temperatură mai scăzută, cum ar fi bazaltul și picritul, au înlocuit în esență komatiții ca o lavă eruptivă pe suprafața Pământului.

Din punct de vedere geografic, komatiții sunt preponderent restrânși în distribuție către zonele de scut Archaean și apar cu alte roci vulcanice mafice ultramafice și cu magneziu ridicat în centurile de pietre verzi Archaean . Cele mai tinere komatiite provin din insula Gorgona de pe platoul oceanic din Caraibe în largul coastei Pacificului din Columbia, iar un exemplu rar de komatiit proterozoic se găsește în centura Watiipegosis komatiite din Manitoba , Canada.

Petrologie

Eșantion Komatiite colectat din centura de piatră verde Abitibi de lângă Englehart, Ontario , Canada. Specimenul are o lățime de 9 cm. Cristalele de olivină cu lamă sunt vizibile, deși textura spinifexului este slabă sau absentă în această probă.

Magmas compozițiilor komatiitic au un foarte mare punct de topire , cu temperaturi de erupție calculate până la, și , eventual , în plus față de 1600 ° C. Lavele bazaltice au în mod normal temperaturi de erupție de aproximativ 1100 până la 1250 ° C. Temperaturile de topire mai ridicate necesare pentru producerea komatiitei au fost atribuite gradenților geotermali presupuși mai mari pe Pământul Archaean.

Lava Komatiitic era extrem de fluidă când a erupt (posedând vâscozitatea apropiată de cea a apei, dar cu densitatea rocii). Comparativ cu lava bazaltice din Hawaii Plume bazaltului la ~ 1200 ° C, care curge mod melasa sau miere face, lava komatiitic ar fi curs rapid pe suprafață, lăsând extrem de subțire curge lavă (până la 10 mm grosime). Principalele secvențe komatiitice păstrate în rocile arheene sunt astfel considerate a fi tuburi de lavă , iazuri de lavă etc., unde sa acumulat lava komatiitic.

Chimia Komatiite este diferită de cea a magmelor bazaltice și a altor magme obișnuite produse de manta, datorită diferențelor în gradele de topire parțială . Komatiites sunt considerate a fi fost format prin grad înalt de topire parțială, de obicei mai mare de 50%, și , prin urmare , au ridicat de MgO cu un nivel scazut K 2 O și alte elemente incompatibile .

Există două clase geochimice de komatiit; aluminiu nepletit komatiite (AUDK) (cunoscut și sub numele de grup I komatiite) și aluminiu sărăcit komatiite (ADK) (cunoscut și sub numele de grup II comatiites), definit prin raporturile lor Al 2 O 3 / TiO 2 . Aceste două clase de komatiite sunt adesea presupuse a reprezenta o diferență reală de sursă petrologică între cele două tipuri legate de adâncimea generării topiturii. Komatiitele epuizate de Al au fost modelate prin experimente de topire ca fiind produse de grade ridicate de topire parțială la presiune ridicată, unde granatul din sursă nu este topit, în timp ce komatiitele Al-nepletite sunt produse de grade ridicate de topiri parțiale la adâncime mai mică. Cu toate acestea, studii recente ale incluziunilor de fluide din spinele cromate din zonele cumulate ale fluxurilor de komatiite au arătat că un singur flux de komatiite poate fi derivat din amestecarea magmelor parentale cu o gamă de rapoarte Al 2 O 3 / TiO 2 , punând sub semnul întrebării acest lucru. interpretarea formațiunilor diferitelor grupuri komatiite. Komatiții se formează probabil în pene de manta extrem de fierbinți.

Magmatismul bonin este similar cu magmatismul komatiite, dar este produs prin topirea fluxului de fluid deasupra unei zone de subducție . Boniniții cu 10-18% MgO tind să aibă elemente litofile cu ioni mari mai mari (LILE: Ba, Rb, Sr) decât komatiții.

Mineralogie

Graficul geochimiei komatiite MgO% vs Cr ppm, din fluxuri bazale, Wannaway, Australia de Vest

Mineralogia vulcanic curat de komatiites este compus din forsteritic olivina (Fo90 și în sus), calcice și de multe ori chromian piroxeni , anortit (An85 și în sus) și cromit .

O populație considerabilă de exemple de komatiite arată o textură cumulată și morfologie . Mineralogia cumulată obișnuită este olivina de forsterită bogată în magneziu , deși cumulatele de piroxen cromian sunt de asemenea posibile (deși mai rare).

Roci vulcanice bogate în magneziu poate fi produsă prin acumularea olivine fenocristalelor în topiturile de bazalt ale chimiei normale: un exemplu este picrite . O parte din dovezile că komatiitele nu sunt bogate în magneziu pur și simplu din cauza cumulării olivinei sunt texturale: unele conțin textură spinifex , o textură atribuibilă cristalizării rapide a olivinei într-un gradient termic în partea superioară a unui flux de lavă. Textura „Spinifex” este numită după numele comun al ierbii australiene Triodia , care crește în aglomerări cu forme similare.

O altă linie de dovadă este că conținutul de MgO al olivinelor formate în komatiite se îndreaptă spre compoziția aproape pură de forsterită MgO, care poate fi realizată numai în vrac, prin cristalizarea olivinei dintr-o topitură foarte magneziană.

Zonele de brecie de sus și de pernă de curgere rareori conservate în unele fluxuri de komatiite sunt în esență sticlă vulcanică, stinsă în contact cu apa sau aerul suprapus. Deoarece sunt răcite rapid, ele reprezintă compoziția lichidă a komatiitelor și astfel înregistrează un conținut de MgO anhidru de până la 32% MgO. Unele dintre cele mai mari komatiite magneziene cu conservare texturală clară sunt cele din centura Barberton din Africa de Sud , unde lichidele cu până la 34% MgO pot fi deduse folosind compoziții de rocă în vrac și olivină.

Mineralogia unei komatiite variază sistematic prin secțiunea stratigrafică tipică a unui flux de komatiite și reflectă procesele magmatice la care sunt susceptibile komatiitele în timpul erupției și răcirii lor. Variația mineralogică tipică este de la o bază de curgere compusă din cumul de olivină, la o zonă texturată cu spinifex compusă din olivină cu lamă și, în mod ideal, o zonă cu pirifen spinifex și o zonă de răcire bogată în olivină pe coaja eruptivă superioară a unității de curgere.

Specii primare (magmatic) minerale de asemenea întâlnite în komatiites includ olivina, The pyroxenes augit , pigeonite și BRONZIT , plagioclaz , cromit , ilmenit și rareori pargasitic amphibole . Mineralele secundare (metamorfice) includ serpentină , clorit , amfibol, plagioclază sodică, cuarț , oxizi de fier și rareori flogopit , baddeleyit și granat pirop sau hidrogrossular .

Metamorfism

Toate komatiitele cunoscute au fost metamorfozate , prin urmare ar trebui denumite tehnic „metakomatiite”, deși prefixul meta este inevitabil asumat. Multe komatiite sunt foarte alterate și serpentinizate sau carbogazoase din metamorfism și metasomatism . Acest lucru duce la modificări semnificative ale mineralogiei și texturii.

Hidratare vs. carbonatare

Mineralogia metamorfică a rocilor ultramafice, în special a komatiitelor, este controlată doar parțial de compoziție. Caracterul fluidelor conate care sunt prezente în timpul metamorfismului la temperatură scăzută, indiferent dacă prograd sau retrograd controlează ansamblul metamorfic al unui metakomatiit (în continuare se presupune prefixul meta- ).

Factorul care controlează ansamblul mineral este presiunea parțială a dioxidului de carbon din fluidul metamorfic, numită XCO 2 . Dacă XCO 2 este peste 0,5, reacțiile metamorfice favorizează formarea de talc , magnezită (carbonat de magneziu) și tremolite amphibole. Acestea sunt clasificate ca reacții de carbonatare a talcului . Sub XCO 2 de 0,5, reacțiile metamorfice în prezența apei favorizează producția de serpentinită .

Există astfel două clase principale de komatiit metamorfic; carbogazoase și hidratate. Komatiții și peridotitele carbogazoase formează o serie de roci dominate de mineralele clorit, talc , magnezit sau dolomit și tremolit . Ansamblurile de roci metamorfice hidratate sunt dominate de mineralele clorit, serpentină - antigorit , brucită . Pot fi prezente urme de talc, tremolit și dolomită, deoarece este foarte rar că nu există dioxid de carbon în fluidele metamorfice. La grade metamorfice superioare, antofilitul , enstatitul , olivina și diopsida domină pe măsură ce masa rocilor se deshidratează.

Variații mineralogice în facies cu flux de komatiite

Komatiitul tinde să se fracționeze din compozițiile cu conținut ridicat de magneziu din bazele de curgere unde domină cumulul de olivină, pentru a reduce compozițiile de magneziu mai sus în flux. Astfel, mineralogia metamorfică actuală a unui komatiit va reflecta chimia, care la rândul său reprezintă o deducție a faciesului său vulcanologic și a poziției stratigrafice.

Mineralogia metamorfică tipică este tremolitul - clorit , sau mineralogia talc- clorit în zonele spinifex superioare. Faciesul bazei de curgere, bogat în olivină, bogat în magneziu, tind să fie lipsit de mineralogie de tremolit și clorit și sunt dominate fie de serpentină - brucit +/- antofilit dacă este hidratat, fie de talc- magnezit dacă este carbonat. Faciesul cu curgere superioară tinde să fie dominat de talc, clorit, tremolit și alte amfibole magneziene ( antofilit , cummingtonit , gedrit etc.).

De exemplu, faciesul tipic al fluxului (vezi mai jos) poate avea următoarea mineralogie;

Facies: Hidratat Carbonat
A1 Clorit-tremolit Talc-clorit-tremolit
A2 Serpentină-tremolit-clorit Talc-tremolit-clorit
A3 Serpentină-clorit Talc-magnezit-tremolit-clorit
B1 Serpentin-clorit-antofilit Talc-magnezită
B2 Serpentină-brucită masivă Talc-magnezit masiv
B3 Serpentină-brucit-clorit Talc-magnezit-tremolit-clorit

Geochimie

Komatiite poate fi clasificat în conformitate cu următoarele criterii geochimice;

  • SiO 2 ; de obicei 40-45%
  • MgO mai mare de 18%
  • K 2 O scăzut (<0,5%)
  • Low CaO și Na 2 O (<2% combinat)
  • Îmbogățire cu Ba, Cs, Rb ( element incompatibil ); ΣLILE <1.000 ppm
  • Nivel ridicat de Ni (> 400 ppm), Cr (> 800 ppm), Co (> 150 ppm)

Clasificarea geochimică de mai sus trebuie să fie chimia magmei esențial nealterată și nu rezultatul acumulării cristalelor (ca în peridotită ). Printr-o secvență tipică de flux komatiit, chimia rocii se va schimba în funcție de fracționarea internă care are loc în timpul erupției. Acest lucru tinde să scadă MgO, Cr, Ni, și crește Al, K 2 O, Na, CaO și SiO 2 spre partea de sus a fluxului.

Roci bogate în MgO, K 2 O, Ba, Cs și Rb pot fi lamprofirele , kimberlites sau alte ultramafic rare, potasice sau ultrapotassic pietre.

Morfologie și apariție

Komatiții prezintă adesea o structură de lavă de pernă , marginile superioare autobreciate în concordanță cu erupția subacvatică formând o piele rigidă superioară fluxurilor de lavă. Faciesul vulcanic proximal este mai subțire și intercalat cu sedimente sulfidice, șisturi negre, șeruri și bazalturi toleiitice . Komatiites au fost produse dintr-o manta relativ umedă . Dovada acestui fapt este de la asocierea lor cu felsics , aparițiile komatiitic tufuri , niobiu anomalii și prin S- și H 2 mineralizatii bogate-O suportat.

Caracteristici texturale

Fotomicrografie a unei secțiuni subțiri de komatiită care prezintă textura spinifexă a cristalelor asemănătoare acului de piroxen

O textură comună și distinctivă este cunoscută sub numele de textură spinifex și constă din fenocristale aciculare lungi de olivină (sau pseudomorfe ale mineralelor de alterare după olivină) sau piroxen care dau rocii un aspect palat, în special pe o suprafață degradată. Textura Spinifex este rezultatul cristalizării rapide a lichidului foarte magnezian în gradientul termic la marginea debitului sau a pragului .

Textura Harrisite , descrisă pentru prima dată din roci intruzive (nu komatiite) din Golful Harris de pe insula Rùm din Scoția , se formează prin nucleația cristalelor pe podeaua unei camere de magmă . Se știe că Harrisites formează agregate megacristale de piroxen și olivină cu o lungime de până la 1 metru. Textura Harrisite se găsește în unele fluxuri de lavă foarte groase de komatiit, de exemplu în Centura Norseman-Wiluna Greenstone din Australia de Vest, în care a avut loc cristalizarea cumulatelor .

Cristale de olivin cu pene dendritice A2 facies, gaură WDD18, Widgiemooltha, Australia de Vest
Spinifex cu olivină cu facies A3, gaură WDD18, Widgiemooltha Komatiite, Australia de Vest

Vulcanologie

Morfologia vulcanului Komatiite este interpretată ca având forma și structura generală a unui vulcan scut , tipic pentru majoritatea clădirilor mari din bazalt , deoarece evenimentul magmatic care formează komatiții erupe materiale mai puțin magneziene.

Cu toate acestea, fluxul inițial al celor mai multe magme magneziene este interpretat pentru a forma un flux de canalizare facie, care este imaginat ca un orificiu de fisură care eliberează lava komatiitică foarte fluidă pe suprafață. Aceasta curge apoi în afară din fisura de aerisire, concentrându-se în minime topografice și formând medii de canal compuse din adunuri mari de MgO olivină adunate flancate de șorțuri „facies cu flux de foi” din foi de spinifex cu flux subțire de olivină MgO și piroxen.

Fluxul tipic de lavă komatiite are șase elemente legate stratigrafic;

  • A1 - pernă și variolitică răcită, de multe ori gradată și de tranziție cu sediment
  • A2 - Zonă de sticlă aciculară olivină-clinopiroxenică, rapidă, cu pene, care reprezintă o margine răcită în partea superioară a unității de curgere
  • A3 - Secvență de spinifex de olivină compusă din snop și spinifex de olivină în formă de carte, reprezentând o acumulare de cristale în creștere descendentă pe vârful fluxului
  • B1 - Mesocumulatul de olivină pentru ortocumulare, reprezentând o harrisită crescută în topitură lichidă curgătoare
  • B2 - Acumulat de olivină compus din> 93% cristale de olivină echivalente interconectate
  • B3 - Marja inferioară de răcire compusă din olivină se acumulează până la mezocumulează, cu granulație mai fină.

Unitățile de debit individuale nu pot fi păstrate în totalitate, deoarece unitățile de debit ulterioare pot eroda termic fluxurile de spinifex din zona A. În faciesul cu flux subțire distal, zonele B sunt slab dezvoltate până la absență, deoarece nu a existat suficient lichid care curge pentru a crește adumularea.

Canalul și fluxurile acoperite sunt apoi acoperite de bazalturi cu conținut ridicat de magneziu și bazalturi toleiitice pe măsură ce evenimentul vulcanic evoluează către compoziții mai puțin magneziene. Magmatismul ulterior, fiind topit cu silice mai mare, tinde să formeze o arhitectură vulcanică de scut mai tipică.

Komatiite intruzive

Magma Komatiite este extrem de densă și este puțin probabil să ajungă la suprafață, fiind mai probabil să se adune mai jos în scoarță. Interpretările moderne (post-2004) ale unora dintre corpurile mai mari de acumulare de olivină din cratonul Yilgarn au arătat că majoritatea aparițiilor de adunare de olivin de komatiit sunt susceptibile de a fi subvolcanice până la natura intruzivă .

Acest lucru este recunoscut la zăcământul de nichel Mt Keith, unde texturile intruzive de perete-rocă și xenolitii de roci felsice de țară au fost recunoscute în cadrul contactelor cu tensiune redusă. Interpretările anterioare ale acestor mari corpuri komatiite erau că erau „super canale” sau canale reactivate, care au crescut la peste 500 m în grosime stratigrafică în timpul vulcanismului prelungit.

Aceste intruziuni sunt considerate praguri canalizate , formate prin injectarea de magmă komatiitică în stratigrafie și inflația camerei magmatică. Corpurile economice adunate de olivină mineralizată cu nichel pot reprezenta o formă de conductă asemănătoare pragului, unde magma se strânge într-o cameră de plasare înainte de a erupe la suprafață.

Importanța economică

Importanța economică a komatiitei a fost recunoscută pentru prima dată la începutul anilor 1960, odată cu descoperirea mineralizării masive a sulfurii de nichel la Kambalda, Australia de Vest . Mineralizarea de nichel-sulfură de cupru găzduită de Komatiite reprezintă astăzi aproximativ 14% din producția mondială de nichel , în principal din Australia, Canada și Africa de Sud.

Komatiții sunt asociați cu zăcăminte de nichel și aur în Australia, Canada, Africa de Sud și cel mai recent în scutul din Guiana al Americii de Sud.

Vezi si

Referințe

Bibliografie

  • Hess, PC (1989), Origins of Igneous Rocks , președinte și bursieri de la Harvard College (pp. 276-285), ISBN  0-674-64481-6 .
  • Hill RET, Barnes SJ, Gole MJ și Dowling SE (1990), Vulcanologia fizică a komatiților; Un ghid de teren către comitații din Centura Norseman-Wiluna Greenstone, provincia Eastern Goldfields, blocul Yilgarn, Australia de Vest. , Societatea Geologică din Australia. ISBN  0-909869-55-3
  • Blatt, Harvey și Robert Tracy (1996), Petrologie , ediția a II-a, Freeman (pp. 196-7), ISBN  0-7167-2438-3 .
  • SA Svetov, AI Svetova și H. Huhma, 1999, Geochimia Asociației Rock Komatiite – Tholeiite din Centura Vedlozero – Segozero Archean Greenstone, Central Karelia , Geochemistry International, Vol. 39, Supliment. 1, 2001, pp. S24 – S38. PDF accesat la 25.07.2005
  • Vernon RH, 2004, A Practical Guide to Rock Microstructure , (pp. 43-69, 150-152) Cambridge University Press. ISBN  0-521-81443-X
  • Arndt, NT și Nisbet, EG (1982), Komatiites . Unwin Hyman, ISBN  0-04-552019-4 . Hardcover.
  • Arndt, NT și Lesher, CM (2005), Komatiites, în Selley, RC, Cocks, LRM, Plimer, IR (Editors), Encyclopedia of Geology 3, Elsevier, New York, pp. 260–267
  • Faure, F., Arndt, NT Libourel, G. (2006), Formarea texturii spinifex în komatiite: Un studiu experimental. J. Petrol 47, 1591–1610.
  • Arndt, NT, Lesher, CM și Barnes, SJ (2008), Komatiite , Cambridge University Press, Cambridge, 488 pp., ISBN  978-0521874748 .

linkuri externe