Komatiite

Komatiite lava vid typlokaliteten i Komati Valley, Barberton Mountainland, Sydafrika, som visar den distinkta "spinifex-strukturen" som bildas av dendritiska plattor av olivin (skalan visas med en hammare på högerkanten av bilden)

Komatiite ( / k oʊ ˈ m ɑː t i aɪ t / ) är en typ av vulkanisk bergart som härrör från ultramafisk mantel som definieras som att ha kristalliserat från en lava med minst 18 viktprocent MgO. Den klassificeras som en "pikritisk sten". Komatiiter har låg kisel , kalium och aluminium och hög till extremt hög magnesiumhalt . Komatiite namngavs för sin typlokalitet längs Komatifloden i Sydafrika, och visar ofta spinifex- textur sammansatt av stora dendritiska plattor av olivin och pyroxen .

Komatiiter är sällsynta stenar; nästan alla komatiiter bildades under den arkeiska eonen (4,0–2,5 miljarder år sedan), med få yngre ( Proterozoic eller Phanerozoic ) exempel kända. Denna begränsning i ålder tros bero på avkylning av manteln, som kan ha varit 100–250 °C (212–482 °F) varmare under arkéerna. Den tidiga jorden hade mycket högre värmeproduktion, på grund av restvärmen från planettillväxt , såväl som det större överflöd av radioaktiva isotoper, särskilt kortlivade sådana som uran 235 som producerar mer sönderfallsvärme . Mantelsmältningar med lägre temperaturer som basalt och picrit har i huvudsak ersatt komatiiter som en eruptiv lava på jordens yta.

Geografiskt är komatiiter övervägande begränsade i distribution till de arkeiska sköldområdena och förekommer med andra ultramafiska och högmagnesiska mafiska vulkaniska bergarter i arkeiska grönstensbälten . De yngsta komatiiterna är från ön Gorgona på den karibiska oceaniska platån utanför Stillahavskusten i Colombia, och ett sällsynt exempel på Proterozoic komatiite finns i Winnipegosis komatiite-bältet i Manitoba , Kanada.

Petrologi

Komatiite-prov insamlat från Abitibi grönstensbälte nära Englehart, Ontario, Kanada. Exemplaret är 9 cm brett. Bladade olivinkristaller är synliga, även om spinifex-strukturen är svag eller saknas i detta prov.

Magma av komatiitiska kompositioner har en mycket hög smältpunkt , med beräknade utbrottstemperaturer upp till och möjligen över 1600 °C. Basaltiska lavor har normalt utbrottstemperaturer på cirka 1100 till 1250 °C. De högre smälttemperaturerna som krävs för att producera komatiit har tillskrivits de förmodade högre geotermiska gradienterna i den arkeiska jorden.

Komatitisk lava var extremt flytande när den bröt ut (hade viskositeten nära vattnets men med stenens densitet). Jämfört med den basaltiska lavan från Hawaiian plymbasalt vid ~1200 °C, som flyter på det sätt som sirap eller honung gör, skulle den komatiitiska lavan ha flutit snabbt över ytan och lämnat extremt tunna lavaflöden (ned till 10 mm tjocka). De stora komatiitiska sekvenserna som bevaras i arkeiska stenar anses alltså vara lavarör , lavadammar etc., där den komatiitiska lavan samlades.

Komatiite kemi skiljer sig från den för basaltiska och andra vanliga mantelproducerade magmas, på grund av skillnader i grader av partiell smältning . Komatiiter anses ha bildats genom höga grader av partiell smältning, vanligtvis mer än 50 %, och har därför hög MgO med låg K2O och andra inkompatibla grundämnen .

Det finns två geokemiska klasser av komatiit; aluminum-utarmad komatiit (AUDK) (även känd som grupp I-komatiter) och aluminiumutarmad komatiit (ADK) (även känd som grupp II-komatiter), definierade av deras Al 2 O 3 / TiO 2 - förhållanden . Dessa två klasser av komatiit antas ofta representera en verklig petrologisk källskillnad mellan de två typerna relaterade till djupet av smältalstring. Al-utarmade komatiiter har modellerats genom smältexperiment som producerade av höga grader av partiell smältning vid högt tryck där granat i källan inte smälts, medan Al-outarmade komatiiter produceras av höga grader av partiell smältning på mindre djup. Nyligen genomförda studier av vätskeinneslutningar i kromspineller från de ackumulerade zonerna av komatiitflöden har dock visat att ett enda komatiitflöde kan härledas från blandning av parental magma med ett intervall av Al 2 O 3 / TiO 2 - förhållanden, vilket ifrågasätter detta. tolkning av formationerna av de olika komatiigrupperna. Komatiiter bildas troligen i extremt heta mantelplymer eller i arkeiska subduktionszoner.

Boninite magmatism liknar komatiite magmatism men produceras av fluid-fluxed smältning ovanför en subduktion zon . Boniniter med 10–18 % MgO tenderar att ha högre litofila element med stor jon (LILE: Ba , Rb , Sr ) än komatiiter.

Mineralogi

Graf över komatiitgeokemi MgO% vs Cr ppm, från basala flöden, Wannaway, Western Australia

Den orörda vulkaniska mineralogin av komatiiter består av forsteritisk olivin (Fo90 och uppåt), calcic och ofta kromisk pyroxen , anortit (An85 och uppåt) och kromit .

En avsevärd population av komatiitexempel visar en kumulerad textur och morfologi . Den vanliga kumulerade mineralogin är mycket magnesiumrik forsteritolivin , även om krompyroxenkumuler också är möjliga (men sällsyntare).

Vulkaniska bergarter rika på magnesium kan produceras genom ackumulering av olivinfenokristaller i basaltsmältor av normal kemi: ett exempel är picrit . En del av bevisen för att komatiiter inte är magnesiumrika bara på grund av kumulerad olivin är textur: vissa innehåller spinifex- textur , en textur som kan tillskrivas snabb kristallisering av olivinen i en termisk gradient i den övre delen av ett lavaflöde. "Spinifex" textur är uppkallad efter det gemensamma namnet för det australiska gräset Triodia , som växer i klumpar med liknande former.

Ett annat bevis är att MgO-innehållet i oliviner som bildas i komatiiter är mot den nästan rena MgO-forsteritsammansättningen, som endast kan uppnås i bulk genom kristallisation av olivin från en mycket magnesiansk smälta.

De sällan bevarade flödesöverkantsbreccia- och kuddkantszonerna i vissa komatiitflöden är i huvudsak vulkaniskt glas, släckt i kontakt med överliggande vatten eller luft. Eftersom de kyls snabbt, representerar de den flytande sammansättningen av komatiterna och registrerar således en vattenfri MgO-halt på upp till 32 % MgO. Några av de högsta magnesianska komatiiterna med tydlig texturell bevarande är de i Barberton-bältet i Sydafrika, där vätskor med upp till 34 % MgO kan utläsas med hjälp av bulksten och olivinkompositioner.

Mineralogin hos en komatiit varierar systematiskt genom den typiska stratigrafiska delen av ett komatiitflöde och återspeglar magmatiska processer som komatiiter är mottagliga för under deras utbrott och avkylning. Den typiska mineralogiska variationen är från en flödesbas som består av olivinkumulat, till en spinifex-strukturerad zon bestående av bladförsedd olivin och helst en pyroxen-spinifex-zon och olivinrik kylzon på flödesenhetens övre eruptiva svål.

Primära (magmatiska) mineralarter som också möts i komatiites inkluderar olivin, pyroxenes augite , pigeonite och bronzite , plagioclase , chromite , ilmenite och sällan pargasitic amfibol . Sekundära (metamorfa) mineraler inkluderar serpentin , klorit , amfibol, sodisk plagioklas, kvarts , järnoxider och sällan phlogopite , baddeleyit och pyrope eller hydrogrossulär granat .

Metamorfism

Alla kända komatiiter har metamorfoserats och bör därför tekniskt benämnas 'metakomatiite' även om prefixet meta oundvikligen antas. Många komatiiter är mycket förändrade och serpentiniserade eller kolsyrade från metamorfism och metasomatism . Detta resulterar i betydande förändringar i mineralogin och texturen.

Hydrering vs. kolsyra

Den metamorfa mineralogin hos ultramafiska bergarter, särskilt komatiiter, kontrolleras endast delvis av sammansättningen. Karaktären hos de konnaterade vätskorna som är närvarande under lågtemperaturmetamorfos, oavsett om det är prograd eller retrograd , styr den metamorfa sammansättningen av en metakomatiit ( hädanefter antas prefixet meta- ).

Faktorn som styr mineralsammansättningen är partialtrycket av koldioxid i den metamorfa vätskan, kallad XCO 2 . Om XCO 2 är över 0,5, gynnar de metamorfa reaktionerna bildning av talk , magnesit (magnesiumkarbonat) och tremolitamfibol . Dessa klassas som talk-karbonatiseringsreaktioner . Under XCO 2 på 0,5 gynnar metamorfa reaktioner i närvaro av vatten produktionen av serpentinit .

Det finns alltså två huvudklasser av metamorfa komatiiter; kolsyrade och hydrerade. Kolsyrade komatiiter och peridotiter bildar en serie bergarter som domineras av mineralerna klorit, talk, magnesit eller dolomit och tremolit. Hydraterade metamorfa bergarter domineras av mineralerna klorit, serpentin - antigorit och brucit . Spår av talk, tremolit och dolomit kan finnas, eftersom det är mycket sällsynt att ingen koldioxid finns i metamorfa vätskor. Vid högre metamorfa grader antofyllit , enstatit , olivin och diopsid när bergmassan torkar ut.

Mineralogiska variationer i komatiitflödesfacies

Komatiit tenderar att fraktionera från högmagnesiumkompositioner i flödesbaserna där olivinkumulering dominerar, till lägre magnesiumkompositioner högre upp i flödet. Således kommer den nuvarande metamorfa mineralogin av en komatiit att återspegla kemin, som i sin tur representerar en slutsats om dess vulkanologiska faser och stratigrafiska position.

Typisk metamorf mineralogi är tremolit - klorit eller talk -klorit mineralogi i de övre spinifex-zonerna. De mer magnesiumrika olivinrika flödesbasfaserna tenderar att vara fria från tremolit- och kloritmineralogi och domineras av antingen serpentin - brucit +/- antofyllit om den är hydratiserad, eller talk- magnesit om den är kolsyrad. De övre flödesfacierna tenderar att domineras av talk, klorit, tremolit och andra magnesianska amfiboler ( antofyllit , cummingtonit , gedrit , etc.).

Till exempel kan de typiska flödesfacierna (se nedan) ha följande mineralogi;

Facies: Hydraterad Kolsyrad
A1 Klorit-tremolit Talk-klorit-tremolit
A2 Serpentin-tremolit-klorit Talk-tremolit-klorit
A3 Serpentin-klorit Talk-magnesit-tremolit-klorit
B1 Serpentin-klorit-antofyllit Talk-magnesit
B2 Massiv serpentin-brucit Massiv talk-magnesit
B3 Serpentin-brucit-klorit Talk-magnesit-tremolit-klorit

Geokemi

Komatiite kan klassificeras enligt följande geokemiska kriterier;

  • Si02 ; _ vanligtvis 40–45 %
  • MgO större än 18 %
  • Låg K 2 O (<0,5 %)
  • Låg CaO och Na2O ( <2% kombinerat)
  • Låg Ba, Cs, Rb ( inkompatibelt element ) anrikning; ΣLILE <1 000 ppm
  • Högt Ni (>400 ppm), Cr (>800 ppm), Co (>150 ppm)

Ovanstående geokemiska klassificering måste vara den väsentligen oförändrade magmakemin och inte resultatet av kristallackumulering (som i peridotit ). Genom en typisk komatiitflödessekvens kommer bergets kemi att förändras beroende på den inre fraktionering som sker under utbrottet. Detta tenderar att sänka MgO, Cr, Ni och öka Al, K2O, Na , CaO och SiO2 mot toppen av flödet.

Bergarter som är rika på MgO, K2O , Ba, Cs och Rb kan vara lamprofyr , kimberliter eller andra sällsynta ultramafiska, kalium- eller ultrapotassiska bergarter.

Morfologi och förekomst

Komatiiter visar ofta kuddlavastruktur , autobreccierade övre marginaler som överensstämmer med undervattensutbrott som bildar en stel övre hud till lavaflödena. Proximala vulkaniska facies är tunnare och sammanflätade med sulfidiska sediment, svarta skiffer, cherts och tholeiitiska basalter . Komatiiter producerades från en relativt våt mantel . Bevis på detta är från deras samband med felsics , förekomst av komatiitiska tuffar , niobanomalier och av S- och H 2 O-burna rika mineraliseringar.

Texturegenskaper

Mikrofotografi av en tunn sektion av komatiit som visar spinifex-struktur av pyroxennålliknande kristaller

En vanlig och distinkt textur är känd som spinifex-textur och består av långa nålformade fenokristaller av olivin (eller pseudomorfer av förändringsmineraler efter olivin) eller pyroxen som ger bergarten ett bladigt utseende särskilt på en väderbiten yta. Spinifex-struktur är resultatet av snabb kristallisering av högmagnesiansk vätska i den termiska gradienten vid flödets eller tröskelns marginal .

Harrisittextur , som först beskrevs från påträngande stenar (inte komatiiter) vid Harris Bay på ön Rùm i Skottland , bildas genom kärnbildning av kristaller på golvet i en magmakammare . Harrisiter är kända för att bilda megakristallaggregat av pyroxen och olivin upp till 1 meter långa. Harrisitstruktur finns i några mycket tjocka lavaflöden av komatiit, till exempel i Norseman-Wiluna Greenstone-bältet i västra Australien, där kristallisering av kumulat har skett.

A2 facies dendritiska fjäderliknande olivinkristaller, borrhål WDD18, Widgiemooltha, Western Australia
A3 facies bladed olivin spinifex, borrhål WDD18, Widgiemooltha Komatiite, Western Australia

Vulkanologi

Komatiite vulkanmorfologi tolkas för att ha den allmänna formen och strukturen av en sköldvulkan , typisk för de flesta stora basaltbyggnader , eftersom den magmatiska händelsen som bildar komatiiter bryter ut mindre magnesianska material.

Emellertid tolkas det initiala flödet av de mest magnesianska magma för att bilda ett kanaliserat flödesfacie, som föreställs som en spricköppning som släpper ut mycket flytande komatiitisk lava på ytan. Detta flödar sedan utåt från ventilfissuren, koncentreras till topografiska låga nivåer och bildar kanalmiljöer som består av hög MgO olivinackumulering flankerad av en "sheeted flow facies" förkläde av lägre MgO olivin och pyroxen tunnflöde spinifex ark.

Det typiska komatiitlavaflödet har sex stratigrafiskt relaterade element;

  • A1 – kuddformad och variolitisk kyld flödestopp, ofta graderad och övergångsvis med sediment
  • A2 – Zon av snabbt kylt, fjäderliknande nålformigt olivin-klinopyroxenglas som representerar en kyld marginal på toppen av flödesenheten
  • A3 – Olivin spinifex-sekvens sammansatt av kärve och bokliknande olivin-spinifex, som representerar en nedåtväxande kristallackumulering på flödestoppen
  • B1 – Olivin mesokumulerar till ortokumulerar, representerar en harrisit odlad i flytande flytande smälta
  • B2 – Olivinackumulerat sammansatt av >93 % sammankopplade ekvanta olivinkristaller
  • B3 – Nedre kylmarginal bestående av olivin som ackumuleras till mesokumulerat, med finare kornstorlek.

Enskilda flödesenheter kanske inte är helt bevarade, eftersom efterföljande flödesenheter termiskt kan erodera A-zonens spinifex-flöden. I de distala tunna flödesfacierna är B-zonerna dåligt utvecklade till frånvarande, eftersom det inte fanns tillräckligt med genomströmmande vätska för att växa ackumuleringen.

Kanalen och de täckta flödena täcks sedan av högmagnesianska basalter och tholeiitiska basalter när den vulkaniska händelsen utvecklas till mindre magnesianska kompositioner. Den efterföljande magmatismen, som är högre kiseldioxidsmältningar, tenderar att bilda en mer typisk sköldvulkanarkitektur.

Påträngande komatiiter

Komatiite magma är extremt tät och kommer sannolikt inte att nå ytan, eftersom det är mer sannolikt att det samlas lägre i skorpan. Moderna (efter 2004) tolkningar av några av de större olivinackumulerade kropparna i Yilgarn-kratonen har avslöjat att majoriteten av kommatiite-olivinackumulerade förekomster sannolikt är subvulkaniska till påträngande i naturen.

Detta känns igen vid Mt Keith nickelfyndigheten där vägg-rock påträngande texturer och xenoliter av felsic country rockar har erkänts inom låg töjningskontakter. De tidigare tolkningarna av dessa stora komatiitkroppar var att de var "superkanaler" eller återaktiverade kanaler, som växte till över 500 m i stratigrafisk tjocklek under långvarig vulkanism.

Dessa intrång anses vara kanaliserade trösklar , bildade genom injektion av komatiitisk magma i stratigrafin och uppblåsning av magmakammaren. Ekonomiska nickelmineraliserade olivinackumulerade kroppar kan representera en form av tröskelliknande ledning, där magma samlas i en iscensättningskammare innan den bryter ut på ytan.

Ekonomisk betydelse

Komatiitens ekonomiska betydelse erkändes först i början av 1960-talet med upptäckten av massiv nickelsulfidmineralisering i Kambalda, västra Australien . Komatiite-värd nickel-kopparsulfidmineralisering står idag för cirka 14% av världens nickelproduktion , mestadels från Australien, Kanada och Sydafrika.

Komatiiter är förknippade med nickel- och guldfyndigheter i Australien, Kanada, Sydafrika och senast i Guiana-skölden i Sydamerika.

Se även

Bibliografi

  •   Hess, PC (1989), Origins of Igneous Rocks , President and Fellows of Harvard College (s. 276–285), ISBN 0-674-64481-6 .
  •   Hill RET, Barnes SJ, Gole MJ och Dowling SE (1990), Physical volcanology of komatiites; En fältguide till komatiiterna i Norseman-Wiluna Greenstone Belt, Eastern Goldfields Province, Yilgarn Block, Western Australia. , Geological Society of Australia. ISBN 0-909869-55-3
  •   Blatt, Harvey och Robert Tracy (1996), Petrology , 2:a upplagan, Freeman (s. 196–7), ISBN 0-7167-2438-3 .
  • SA Svetov, AI Svetova och H. Huhma, 1999, Geochemistry of the Komatiite–Tholeiite Rock Association i Vedlozero–Segozero Archean Greenstone Belt, Central Karelia, Geochemistry International, Vol. 39, Suppl. 1, 2001, s. S24–S38. PDF tillgänglig 2005-07-25
  •   Vernon RH, 2004, A Practical Guide to Rock Microstructure , (s. 43–69, 150–152) Cambridge University Press. ISBN 0-521-81443-X
  •   Arndt, NT och Nisbet, EG (1982), Komatiites . Unwin Hyman, ISBN 0-04-552019-4 . Hårt omslag.
  • Arndt, NT och Lesher, CM (2005), Komatiites, i Selley, RC, Cocks, LRM, Plimer, IR (redaktörer), Encyclopedia of Geology 3, Elsevier , New York, s. 260–267
  • Faure, F., Arndt, NT Libourel, G. (2006), Formation of spinifex texture in komatiite: An experimental study. J. Petrol 47, 1591–1610.
  •   Arndt, NT, Lesher, CM och Barnes, SJ (2008), Komatiite , Cambridge University Press, Cambridge, 488 s., ISBN 978-0521874748 .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Komatiite&oldid=1141746380 "