Arkeiska felsiska vulkaniska stenar
Arkeiska felsiska vulkaniska bergarter är felsiska vulkaniska bergarter som bildades i arkeiska Eon (4 till 2,5 miljarder år sedan). Termen " felsic " betyder att bergarterna har en kiselhalt på 62–78 %. Med tanke på att jorden bildades för ~4,5 miljarder år sedan , ger arkeiska felsiska vulkaniska bergarter ledtrådar om jordens första vulkaniska aktiviteter på jordens yta startade 500 miljoner år efter jordens bildande.
Eftersom den arkiska jorden var varmare än den nuvarande, kan bildandet av felsiska vulkaniska stenar skilja sig från den moderna plattektoniken .
Arkeiska felsiska vulkaniska bergarter distribueras endast i de bevarade arkeiska grönstensbälten , där deformerade sekvenser av vulkanisk-sedimentära stenar är vanliga. Felsiska vulkaniska stenar är sällsynta i den tidiga jorden och bidrar bara till mindre 20 % av stenarna i de arkeiska grönstensbälten över hela världen. Icke desto mindre mafiska vulkaniska bergarter (som basalt och komatiite , silikatinnehåll <52%) cirka 50% i grönstensbälten. Felsiska vulkaniska bergarter är således sällsynta medlemmar i de arkeiska terrängerna.
Arkeiska felsiska vulkaniska aktiviteter förekommer vanligtvis i undervattensmiljöer . Sammansättningen av arkeiska felsiska vulkaniska bergarter motsvarar ett spektrum mellan dacit och ryolit . De kan särskiljas genom deras mineralsammansättningar , bergskemi och bergskiktsförhållande i sekvenserna.
Arkeiska felsiska vulkaniska stenar används för att datera tidpunkten för geologiska händelser och matchar avlägsna bergarter i separerade arkeiska kratoner . De är viktiga för att rekonstruera arkeiska geologiska miljöer.
Felsiska granitoider är den vanligaste bergarten i arkeiska terräng. Dessa påträngande felsiska magmatiska bergarter inkluderar TTG-sviter ( Tonalit-trondhjemite-granodiorite ) som bidrar med över hälften av andelen arkeiska kratoner. De har konsekvenser för att hitta hur de felsiska vulkaniska bergarterna bildades och relaterade till granitoider.
Förekomst
Arkeiska felsiska vulkaniska bergarter finns endast bevarade i arkeiska kratoner . En kraton är ett gammalt stabilt kontinentalt block. Dessutom har en kraton överlevt från plattektonik som drar isär, kolliderar eller river kontinenter. I genomsnitt bidrar de felsiska vulkaniska bergarterna endast till ≈15-20% i vulkaniska bergarter i grönstensbälten. Se figur 2 och tabell 1 för exempel på förekomst av arkeiska felsiska vulkaniska bergarter.
Alla arkeiska felsiska vulkaniska bergarter är fördelade i grönstensbälten. I arkeiska kratoner representerar grönstensbälten suprakrustal stenar som bildas på jordens yta och bälten domineras av vulkan-sedimentära sekvenser . Vissa vulkaniska sekvenser kan vara flera kilometer tjocka, till exempel Warrawoona Group of Eastern Pilbara Craton . Ultramafiska och maffiska enheter utgör dock huvudvolymen av de vulkaniska enheterna. De återstående vulkaniska enheterna är omfattande men tunna felsiska vulkaniska lager, såsom Duffer Formation of the Warrawoona Group. Grönstensbälten kan därefter inkräktas av kupolformade magmakammare . Intrånget deformerade de felsiska vulkaniska bergarterna tillsammans med de vulkaniska sedimentära sekvenserna.
Att observera moderna vulkaniska processer är relativt lättare än att observera arkeisk vulkanism, eftersom erosion hela tiden började ta bort tidigare bildade material. Så att studera de arkeiska suprakrustal stenar tillbaka i djup tid kan utsättas för provtagningsbias .
| Felsiska vulkaniska enheter/lokaliteter | Ålder (Ma) | Grönstensbälte | Craton | Land/Region |
|---|---|---|---|---|
| Duffer bildning | 3468 ± 2 | Warrawoona | Östra Pilbara Craton | Australien |
| Marda Tank | 2734 ± 3 | Marda vulkankomplex | Yilgarn Craton | Australien |
| Kallehadlu Felsic Volcanics | 2677 ± 2 | Gadag-Chitradurga | Dharwar Craton | Indien |
| Kovero skifferbälte | 2754 ± 6 | Ilomantsi | Baltisk sköld | Finland |
| Prov SM/GR/93/57 | 3710 ± 4 | Isua | North Atlantic Craton | Grönland |
| Mysk massiv sulfidavlagring | 2689,3 +2,4/-1,8 | Gulkniv | Slavprovinsen | Kanada |
| Blake River Group | 2694,1±4,5 | Abitibi | Överlägsen provins | Kanada |
| Övre Michipicoten vulkaniska sekvenser | 2696 ± 2 | Wawa | Överlägsen provins | Kanada |
| Bulawayan Group | 2615 ± 28 | Harare | Zimbabwes kraton | Zimbabwe |
| Onverwacht Group | 3445 ± 3 | Barberton | Kaapvaal Craton | Sydafrika |
Egenskaper
Mineralogi och textur
Betydelsen av " felsic " hänvisar till hög kiseldioxidhalt (SiO2 ) från 62 till 78 viktprocent i berg. När det gäller mineralogi är de felsiska vulkaniska bergarterna rika på fältspat och kvarts . En typisk mineralsammansättning är kvarts + fältspat ( albit / oligoklas ) + amfibol ( klorit ) + glimmer ( biotit och/eller muskovit ). Mineralogin verkar liknande med moderna rhyoliter och dacites. Vulkanerna är afanitiska , medan vissa uppvisar porfyritisk textur som vissa större mineraler ( fenokristaller ) är synliga för ögonen.
Felsiska vulkaniska bergarter inkluderar också felsisk tuff som bildades när tefran konsoliderades. Tuff består av vulkanisk aska , glasskärvor och litiska fragment . Rapporterad eutaxitisk tuff från Superior Province, Kanada (Figur 3), innehåller linsformad fiamme . När varm pimpsten avsätts på en sval yta kyls den snabbt, omkristalliseras och svetsas till kvarts med flamliknande ändspetsar. Den eutaxitiska texturen representerar en varm ångfasplacering av de fragmenterade vulkaniska materialen på jordens yta.
Flödesband finns i massiva, enhetliga felsiska lavaflödesenheter. När det trögflytande lavaflödet möter en yta, drar friktion den mobila lavan och bildar inre band.
Strukturlös hyaloklastit finns vanligtvis i arkeiska felsiska vulkaniska bergarter. I undervattensmiljöer släcker och kyler vattnet snabbt lava under vulkanutbrott . Flödet är fragmenterat och bildar glasartad vulkanisk breccia .
Geokemi
Sammansättningen av arkeiska felsiska vulkaniska bergarter faller i den kalk-alkaliska serien. Sådana magmatiska serier indikerar att fraktionerad kristallisation av magma inträffade under avkylning. Magnesium- och järnhalten i berget är låg, och den bildar dacit eller ryolit. Magma är en blandning av olika mineraler. När mineraler kristalliserar från den smälta magman, avlägsnas de gradvis och dissocieras från smältan. Den sista andelen av smältan är starkt fraktionerad, vilket ger rikedom på kvarts och fältspat som gör de vulkaniska bergarterna felsiska.
Dacit och ryolit kännetecknas av hög kiseldioxidhalt (SiO 2 ) från 62 till 78 viktprocent . Den genomsnittliga sammansättningen av felsiska vulkaniska bergarter i arkeiska grönstensbälten ligger mellan dacit och ryolit (tabell 2). I jämförelse liknar den moderna felsiska vulkaniska bergartens medelsammansättning (efter Archean, <2,5 Ga) rhyolite, vilket indikerar ett mer felsiskt skifte med högre alkaliinnehåll i felsisk vulkanism. Emellertid kan sammansättningen vara partisk på grund av vittring direkt efter avsättning eller metamorfos under senare stadier av deformation .
| Tid | SiO2 (vikt% ) | Na2O +K2O ( vikt% ) | Bergklassificering |
|---|---|---|---|
| Archean | 72,2–73,0 | 6,4–6,8 | Dacit – Ryolit |
| Post-arkeisk | 73,0–73,6 | 7,0–8,0 | Ryolit |
Arkeiska felsiska vulkaniska bergarter har också hög zirkonöverflöd . Inkompatibla element , som zirkonium , är ovilliga att ersätta dem med tidigt bildade kristaller. Som ett resultat tenderar de att stanna kvar i smältan. I starkt fraktionerad felsisk magma är zirkon lätt mättad. Som ett resultat är zirkon vanlig i felsiska bergarter. Tidpunkten för felsisk vulkanism och tektoniska begränsningar kan identifieras genom radiometrisk datering och isotopanalys .
Eruption stil
Under den arkeiska eonen var undervattensutbrott av felsisk lava vanliga. Ubåtsutbrott är uppenbart av grov vulkanisk breccia som bildas in situ , hyaloklastit eller undervattenspyroklastiska avlagringar ( klastisk sten, som endast består av tephra ). Eftersom felsisk magma är trögflytande är vulkanutbrott som bildar dacit eller rhyolit explosiva och våldsamma. Det arkeiska felsiska utbrottet kan tilldelas Vesuvius utbrottstyp i nutid.
Ubåtsryolitiska flöden var utbredda i arkeiska havet men är ovanliga i den moderna vulkaniska miljön. Viskösa felsiska utbrott orsakar ofta pyroklastiskt flöde (het, tät gas med vulkaniska fragment) istället för flytande lavaflöde. Men om den ryolitiska lavan fortfarande är smält under utbrottet kan den bete sig och flöda som flytande lava.
Undervattensavlagringar
Felsiskt lavaflöde och lavakupol är de två vanliga typerna av undervattensavlagringar som bildas av arkeiska felsiska vulkaniska bergarter (Fig. 4). Dokumenterade arkeiska lavastrukturer skiljer sig från post-arkeisk felsisk lava eftersom undervattensutbrott är så sällsynta i post-arkeiska. De dacitiska eller ryolitiska lavaflödena släcks direkt efter utbrottet. När havsvatten kommer i kontakt med flödet kyls lavan snabbt ned. Slutligen stelnar lavan och bryts upp som klasar, och klasterna ackumuleras på flödesfronterna för att bilda breccia .
Lava flöde
Översvallande felsiska lavaströmmar sträcker sig flera kilometer. Under ett utbrott väller lava kontinuerligt ut från ventilen och börjar sedan rinna utåt på havsbotten. På grund av släckning fragmenteras lava snabbt för att bilda breccia. En ny lavalob injiceras inuti breccia men den kyls mindre snabbt och pressar flödet längre utåt.
Lava kupol
Kort, tjock kupol med efterföljande pyroklastiska avlagringar sträcker sig mindre än några kilometer långa. När explosivt utbrott inträffar, skulle vulkaniska fragment avsättas av våldsamma pyroklastiska flöden . Grov breccia skulle bildas som ett resultat. Undervattensediment skulle därefter avsättas längs vulkanens branta flank. Undervattensskred skulle inträffa för att bilda grumlingar .
Stratigrafisk betydelse
Arkeiska felsiska vulkaniska bergarter är viktiga för att bestämma den absoluta åldern för bergenheterna i grönstensbälten. Felsiska utbrott är episodiska, vilket gör de felsiska vulkaniska lagren till distinkta stratigrafiska enheter . Felsiska vulkaniska bergarter är också fördelade över långa avstånd på grund av deras omfattande nedfall. Men stensekvenserna i grönstensbälten är vanligtvis skymd av senare deformation, såsom regional vikning eller intrång av granitoider. Genom att identifiera dessa felsiska sekvenser och datera deras bildningstidpunkt kan stratigrafiska enheter för olika platser korreleras trots hinder eller diskontinuitet mellan felsiska vulkaniska enheter.
Tidpunkten för vulkanismen
Geokronologin av arkeiska händelser är starkt beroende av U-Pb-datering och Lu-Hf- datering . Eftersom maffiska bergarter (innehåller lågt kiseldioxidinnehåll , såsom basalt ) saknar zirkon, kan endast åldern för felsiska bergarter dateras bland de vulkaniska bergarterna i grönstensbälten. Eftersom felsiska vulkaniska bergarter episodiskt deponeras mellan maffiska skikt, kan åldersintervallet för ett visst maffiskt skikt begränsas av de övre och nedre felsiska vulkaniska skikten. Således kan tidpunkten för inträffandet och varaktigheten av vulkaniska episoder avslöjas.
Relationer mellan arkeiska felsiska vulkaniska bergarter och granitoider
Från TTG till GMS granitoider
Två plutoniska, magmatiska bergsviter utgör 50 % av arkeiska kratoner. De är (1) av tonalit-trondhjemit-granodiorit (TTG) och (2) sviter av granit - monzonit - syenit (GMS) i kronologisk ordning . De är magmakammare som senare bildade vulkanerna på jordens yta genom vulkanutbrott. Senare inträngde de de suprakrustal stenar av liknande ålder och sammansättning i arkeiska områden. De upprorande magmakropparna deformerade ytans grönstensbälte i en kratonisk skala.
| Relativ ålder | Granitoid | Viktigt mineral närvarande | Magma ursprung |
|---|---|---|---|
| Äldre (1:a granitoid) | Tonalite-trondhjemit-granodiorit (TTG) | Na-rik plagioklas + granat + amfibol | hydratiserad maffisk skorpa |
| Yngre (andra granitoid) | Granit - Monzonite - Syenit (GMS) | K-fältspat | felsisk skorpa |
De två typerna av granitoider har olika magmaursprung: (a) smältning av vattenrika maffiska material bildade äldre natriumrika TTG och (b) smältning av felsiska material (t.ex. TTG och/eller sediment) bildade yngre kaliumrika GMS (se Tabell 3). De innebär gradvisa kemiska förändringar i magman och jordskorpan .
Motstridiga kompositioner
Registreringar av arkeiska felsiska vulkaniska bergarter visar en märklig trend. Utbrottet av felsiska vulkaniska stenar och plutoniska aktiviteter i Archean är till stor del synkroniserade som visas i överlappande zirkonåldrar. Tvärtom, den kemiska sammansättningen av vissa felsiska vulkaniska bergarter liknar den hos GMS men de är mycket äldre än GMS. Till exempel har en GMS-liknande rhyolitenhet i Abitibi Grönstensbältet (onormalt mer berikad på kalium och tunga sällsynta jordartsmetaller än andra arkeiska felsiska vulkaniska bergarter) ingen plutonisk motsvarighet under samma period. Sammansättningen av felsiska vulkaniska bergarter förändras samtidigt som den förändrade granitoidsammansättningen.
Möjliga relationer
De äldre GMS-liknande felsiska vulkaniska bergarterna bildade med liknande ålder av TTG har två implikationer:
- GMS kan ha inträngt i jordskorpan och GMS-liknande vulkaner på ett mycket grunt djup. Senare river intensiv erosion upp alla GMS-sviter och deponeras på ett proximalt avstånd. Om detta är sant, inträngde GMS och TTG samtidigt i jordskorpan. Inga solida bevis finns ännu men de oregelbundna geokemiska fingeravtrycken kan koppla både till TTG eller GMS.
- GMS är koncentrerat vid den övre skorpan och TTG vid djupare mellanskorpa. Senare eroderas såväl GMS som GMS-liknande vulkaner och avsätts som sediment. De detritala zirkonerna kan uppvisa en rad blandade GMS- och TTG-geokemiska signaturer.
Begränsning
Att avslöja förhållandet mellan arkeiska felsiska vulkaniska bergarter och granitoider kan vara svårt. Det beror på att vittring förändrar de geokemiska signaturerna hos de felsiska stenarna ovanför jordens yta. Det tidigaste väderleksrekordet kan spåras tillbaka till 3,8 Ga under Eoarchean. Kalium anrikas men natrium är utarmat i dessa väderbitna bergarter. Förändrade fältspatar i klipporna kan resultera i sådana onormala signaturer.