Forelesning 6 Petrogenese til granittiske bergarter

1. Forelesning 6 Petrogenese til granittiske bergarter Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

2. Granittiske magma kan dannes på to måter: Fraksjonell krystallisasjon av basaltiske magma Partiell oppsmelting av skorpebergarter Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

3. Vi har sett at mindre mengder kvartsdioritt kan dannes ved fraksjonell krystallisasjon av tholeiitiske basalter Større mengder granodioritt og granitt kan dannes ved fraksjonell krystallisasjon av kalk-alkaline basalter Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

4. Fraksjonell krystallisasjon av alkaline basalter danner foidførende og silika-undermettede fraksjoneringsprodukter Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

5. I denne forelesningen skal vi se nærmere på hvorledes granittisk magma dannes ved anatekse av skorpebergarter Vår viten om anatektiske granitters genese har øket dramatisk i de siste 20 årene som et resultat av tallrike eksperimentelle studier Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

6. For å forstå anatekse av skorpebergarter er det en fordel først å vende tilbake til fraksjonering av basalt og analysere hva som da egentlig skjer. Basalt har en liquidustemperatur på ca 12000C. Fraksjonering anriker restmagmaet i granitt- komponentene og de SiO2-rike granittoide smeltene dannes like før hele magmaet er krystallisert. Da er temperaturen sunket til ca 9000C. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

7. Dette betyr altså at granittiske sammensetninger har lavest mulig solidustemperatur! Fortsetter vi vår analyse så må dette bety at når vi varmer opp bergarter så vil første smelte som dannes ha granittisk sammensetning Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

8. Nå vil kanskje noen mene at dette er i konflikt med det faktum at anatekse av lherzolitt gir basalt. Dette skyldes at lherzolitt ikke inneholder nevne- verdige mengder av granittkomponenter. Derfor kan heller ikke granitt dannes! Skorpebergarter derimot inneholder store mengder av granittkomponentene. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

9. Og hva er granittkomponentene? > 90% av en granitt kan beskrives av oksydene K2O, Na2O, Al2O3, SiO2, H2O (KNASH) Disse oksydene kalles derfor granittkomponentene Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

10. Viktige mineraler i dette systemet er: Kvarts Alkalifeltspat Muskovitt Mindre mengder Ca, Mg og Fe i granittsystemet stabiliserer: Plagioklas Biotitt Hornblende Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

11. En blanding av KNASH-komponentene vil ved anatekse gi en granittsmelte ved lavest mulig temperatur. Denne smelten kalles for en HAPLOGRANITTISK SMELTE De aller fleste skorpebergarter vil også i tillegg inneholde andre komponenter, i sær CaO, FeO, MgO og TiO2. Dette vil som vi skal se influere på smelteproduktiviteten Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

12. KNASH L KNAS L P T KNASH systemet har negativ stigning i P-T diagrammet. K2O+ Na2O+ Al2O3+ SiO2+ H2O L dP/dT = delta S/deltaV Smeltereaksjonen har negativ deltaV fordi H2O inngår. Dette gjør at dP/dt < 0 Hvorfor bli dP/dT mer negativ med økende trykk tror du? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

13. KNASH L KNAS L P T Det tørre KNAS systemet har positiv dP/dT. Dette fordi denne smeltereaksjonen er assosiert med positiv entropiendring og positiv volumendring Legg merke til den ekstreme effekten til vann. Vann synes å være en forutsetning for skorpesmelting! Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

14. Løseligheten til vann i granittiske magma er svært stor. Det betyr at det skal veldig mye vann til for å danne vannmettede granittmagma ved lav temperatur. Samtidig er det slik at porøsiteten i skorpebergarter er lav i dyp skorpe slik at vi ikke kan regne med store mengder vann. Vannmettet smelting er derfor lite sannsynlig. Det kan imidlertid ikke utelukkes langs tektoniske soner Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

15. Legg også merke til at vannmettede granittmagma ikke vil kunne migrere oppover i jordskorpen. Ved dekompresjon entrer de solidusfeltet omgående og vil med en gang krystallisere! Hvordan skal vi da kunne lage granitt fra skorpebergarter? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

16. Løsningen ligger i bergarter som inneholder vann- holdige faser som muskovitt, biotitt, amfibol og zoisitt. Ved fravær av en vannholdig fluidfase vil disse mineralene bryte ned til tørrere mineraler og en vannholdig, men vann-undermettet silikatsmelte. Smeltereaksjonene som vi nå skal studere nærmere kalles for DEHYDRERINGS-SMELTE REAKSJONER Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

17. Mange tror feilaktig at disse smeltereaksjonene representerer dehydrering med påfølgende oppsmelting (i to separate hendelser) DETTE ER IKKE RIKTIG! I en dehydrerings-smeltereaksjon bryter det hydrøse mineraselskapet direkte (i ett steg) ned til tørrere mineraler og en vannundermettet silikatsmelte Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

18. At det må være slik kan du se geometrisk på de neste to figurene. Du kan der tydelig se at dehydrerings-smeltereaksjonen skjer der dehydreringsreaksjonen konvergerer med smelting i nærvær av fluid fase. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

19. Relasjonene mellom de- hydrering [L], Vannmettet smelting og dehydrerings- smelting [H2O]. Ved de- hydrering bryter et vann- holdig mineralselskap (H) ned til tørrere faser + et vannholdig fluid. Ved dehydrerings-smelting bryter et mineralselskap inneholdende en hydrøs fase ned til et tørrere mineral-selskap + en vann-undermettet smelte [Ah] [H2O] L H H + H2O Ah + L P H L Ah + H2O [L] [H] T Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

20. XH2O Figuren viser hvordan vi geometrisk kan konstruere beliggenheten til dehydrerings- smeltereaksjoner. Kurvene markerer beliggen- heten til henholdsvis de- hydrering (grønn) og smelting i nærvær av en fluid fase (blå) ved angitt molfraksjon vann i fluidfasen. Ved dehydrerings-smelting bryter et vannholdig mineral- selskap direkte ned til tørrere mineraler og en vann under- mettet silikatsmelte 0.5 0.7 1 0.7 0.9 0.9 1 Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

21. Legg med en gang merke til at dehydrerings-smelte reaksjonene har positiv dP/dT stigning. Det betyr at smeltene som dannes vil kunne bevege seg oppover i skorpen uten å momentant størkne Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

22. Eksperimenter viser at muskovitt smelter inkongruent i metapelitter ved 700-8000C via reaksjoner som Muskovitt + Kvarts + Albitt = Kalifeltspat + Sillimanitt + Smelte (H2O) Eksperimenter viser at smeltene som dannes er sterkt peraluminøst granittiske. Det er eksperimentelt vist at en hel rekke peraluminøse granitter må være dannet ved slike smeltereaksjoner Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

23. Grad av aluminositet ACNK = mol Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) ACNK < 1: Metaluminøs ACNK > 1: Peraluminøs CaAl2Si2O8 – NaAlSi3O8 – KAlSi3O8 Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

24. Dersom en granitt er peraluminøs er det altså mer Al2O3 i magmaet enn det som er nødvendig for å danne feltspat. Dette resulterer i normativ KORUND Metaluminøse magma har mindre enn det som er Al2O3 nødvendig for å danne feltspat og gjenværende CaO danner hornblende. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

25. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

26. Muskovitt + Kvarts + Albitt = Kalifeltspat + Sillimanitt + Smelte (H2O) Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

27. Stoikiometrien i denne reaksjonen er slik at det dannes forholdsvis lite smelte som er vannrik (men ikke vann-mettet!) Smeltene som også er relativt kalde vil ha vanskelig for å migrere men kan samle seg til mindre in-situ eller kort-transporterte plutoner Muskovitt dehydrerings-smelting er vanlig ved høy-grads metamorfose av metapelitter Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

28. I Himalaya opptrer det peraluminøse granitter som er dannet ved muskovitt dehydrerings-smelting av metapelitter. H2O holdige fluidfaser er delvis tilført fra underliggende dehydrerende bergarter Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

29. Ved noe høyere temperatur (800-9500C) vil biotitt i metapelitter og gråvakker starte å bryte ned via reaksjoner som: Bio +/- Ms + Kv +/- Pl + Sill = Gt + L (H2O) (P>7kbar) Bio +/- Ms + Kv +/- Pl + Sill = Crd + L (H2O) (P<7 kbar) Bio + Kv + Pl = Opx + Gt + L (H2O) Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

30. Dette er svært viktige smeltereaksjoner der stoikiometrien er slik at det dannes forholdsvis store mengder smelte som er tørrere enn for muskovittsmelting. Smeltene er svak til moderat peraluminøse og granittiske. Smeltene inneholder noe mer CaO, MgO, FeO og TiO2 enn de som produseres fra muskovitt. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

31. Biotitt dehydrerings-smelte reaksjoner antas å være de viktigste granittproduserende smelte reaksjoner i kontinentalskorpa Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

32. Fra 900-10000C vil hornblende gjennomgå dehydrerings- smeltereaksjoner i metabasaltiske bergarter og mafiske gråvakker. Hbl +/- Pl +/- Kv = Cpx + Gt + L Smeltene som dannes er metaluminøse og tonalittisk. Det er ikke nok K i hornblende til å kunne danne granitt eller granodioritt. Smeltene har en del oppløst FeO og MgO. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

33. På grunn av at slike reaksjoner krever svært høy temperatur er de langt mindre vanlige. De er imidlertid antatt viktige i de dype deler av øybuer. En god del tonalitter som opptrer i øybuer er trolig dannet på denne måten. Trolig var også amfibol dehydreringssmelting en viktig smelteprosess i Arkeikum.