Πετρολογία Μαγματικών και Μεταμορφωμένων Πετρωμάτων ιάλεξη 13 η : Σειρά φάσεων υψηλών πιέσεων Ακαδημαϊκό Έτος 2015-16 ιδάσκων: Ι. Ηλιόπουλος 1 Fig. 25.3. Temperaturepressure diagram showing the three major types of metamorphic facies series proposed by Miyashiro (1973, 1994). Winter (2010) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. 1
Μεταβασικά πετρώματα 3 4 2
Γλαυκοφανιτική φάση (Κυανοσχιστολιθική) 5 Γλαυκοφανής Na-ούχος αμφίβολος (γλαυκοφανής, κροσσίτης, ριμπεκίτης, αρφεδσονίτης) Αναγνωρίστηκε για πρώτη φορά στη Σύρο από τον Hausmann (1845) - type-locality O Κτενάς περιγράφει το 1907 τη συνύπαρξη γλαυκοφανιτικών σχιστολίθων και ιαδεϊτικών πετρωμάτων από τη Σύρο και τη Σίφνο. Ντηρίτης (deerite): σπάνιο ένυδρο σιδηρο πυριτικό ορυκτό που έχει επίσης βρεθεί στη Σύρο και στη Σίφνο 6 3
Τεκτονικά περιβάλλοντα ημιουργείται σε περιοχές ζωνών καταβύθισης της λιθόσφαιρας, κατά µήκος των καταστροφικών περιθωρίων των λιθοσφαιρικών πλακών. Στις περιοχές αυτές οι P είναι υψηλές λόγω της πάχυνσης του φλοιού και οι T είναι χαµηλές λόγω της κάµψης των ισοθέρµων προς µεγάλα βάθη. 7 4
Φάσεις μεταμόρφωσης Figure 25.4. Schematic cross section of an island arc illustrating isotherm depression along the outer belt and elevation along the inner axis of the volcanic arc. The high P/T facies series typically develops along the outer paired belt and the medium or low P/T series develop along the inner belt, depending on subduction rate, age of arc and subducted lithosphere, etc. From Ernst (1976). Πρωτόλιθοι µαγµατικά πετρώµατα βασικής σύστασης, τµήµατα του ωκεάνιου φλοιού, αλλά και ωκεάνια ιζήµατα και ιζήµατα της λεκάνης προ του τόξου, όπως γραουβάκες και πηλίτες. 10 5
11 Μετα-ιζηματογενή πετρώματα Μη "ώριµα" γραουβακικά ιζήµατα (πλούσια σε Ca) συνδυασμός Ca-Al αποτρέπει τον σχηματισμό Fe- Mg-Al ορυκτών (όπως στους μεταπηλίτες) σχηματισμός ορυκτών όπως λωζονίτης, πλαγιόκλαστο, επίδοτο Τυπικά πηλιτικά ιζήµατα απουσία βιοτίτη / παρουσία φενγκιτικού μοσχοβίτη σχηματισμός ορυκτών όπως χλωριτοειδές, χλωρίτης, γρανάτης, κυανίτης, τάλκης και καρφόλιθος τάλκης-µοσχοβίτης, τάλκης-κυανίτης, τάλκηςχλωριτοειδές λευκοσχιστόλιθοι (white schists). 12 6
13 Γλαυκοφανιτική (κυανοσχιστολιθική)) φάση Τυπικές παραγενέσεις Μεταβασικά γλαυκοφανής + λωζονίτης + χλωρίτης ± πετρώματα φενγκίτης/παραγωνίτης, ομφακίτης Μεταγραουβάκες Μεταπηλίτες Ανθρακικά πετρώματα χαλαζίας + ιαδεΐτης + λωζονίτης ± φενγκίτης, γλαυκοφανής, χλωρίτης φενγκίτης + παραγωνίτης + καρφόλιθος + χλωρίτης + χαλαζίας αραγωνίτης 14 7
Μεταπηλιτικά πετρώματα 15 Μεταπηλιτικά πετρώματα +Phe +Qz +H 2 O +Phe +Qz +H 2 O σουδοΐτης + χαλαζίας καρφόλιθος (1)* 16 8
Η ζώνη του χλωρίτη (σειρά φάσεων μετρίων P/T 17 Μεταπηλιτικά πετρώματα +Phe +Qz +H 2 O +Phe +Qz +H 2 O 18 9
Μεταπηλιτικά πετρώματα +Phe +Qz +H 2 O +Phe +Qz +H 2 O 19 Μεταπηλιτικά πετρώματα υψηλών P/Τ (Εκλογιτική φάση) Α Β Γ Mg-Chl + Phl Tlc + Ph-Ms + H 2 2O Bt + Chl Tlc + Cld + H 2 O O Tlc + Cld + Ms Bt + Ky + H 2 O ιαγράμματα AFM για τη μεταμόρφωση πηλιτών σε συνθήκες της εκλογιτικής φάσης (υψηλές P/T). Α. Σχηματισμός τάλκη μεταξύ βιοτίτη και χλωρίτη για τις πιο μαγνησιούχες συστάσεις μέσω της αντίδρασης (a). B. Σε υψηλότερους βαθμούς η συνδετική γραμμή Chl-Bt δίνει τη θέση της στην Tlc-Cld μέσω της αντίδρασης (b). Γ. Μετά την καταστροφή του χλωρίτη, ο κυανίτης σχηματίζεται σε πληθώρα μεταπηλιτών μέσω της αντίδρασης (c). Από: Spear (1993) και Winter (2001). 10
Μεταβασικά πετρώματα Γλαυκοφανιτική φάση γλαυκοφανής Μεγάλη ποικιλία παραγενέσεων λόγω του μεγάλου μγ εύρους συστάσεων (όχι μόνο βασικά πετρώματα) ιαγνωστικά ορυκτά: γλαυκοφανής, λωζονίτης, ιαδεΐτης (ομφακίτης), Fe-μοσχοβίτης, πουμπελλυΐτης, αραγωνίτης. Συχνά μαζί με: ακτινόλιθο, χλωρίτη, επίδοτο, χαλαζία, στιλπνομέλανα ιαγνωστική παραγένεση: γλαυκοφανής + λωζονίτης 21 Μεταβασικά πετρώματα 22 11
Μεταβασικά πετρώματα Υπο-Πρασινοσχιστολιθικές φάσεις Πρασινοσχιστολιθική φάση (28) Πρασινοσχιστολιθική φάση Γλαυκοφανιτική φάση (64) 23 Μεταβασικά πετρώματα 24 12
Μεταβασικά πετρώματα Υπο-Πρασινοσχιστολιθικές φάσεις Πρασινοσχιστολιθική φάση (28) Πρασινοσχιστολιθική φάση Γλαυκοφανιτική φάση σε υψηλότερες Τ (πρασινοσχιστολιθική γλαυκοφανιτική) (64) 25 Μεταβασικά πετρώματα 26 13
Μεταβασικά πετρώματα Υπο-Πρασινοσχιστολιθικές φάσεις Πρασινοσχιστολιθική φάση (28) Πρασινοσχιστολιθική φάση Γλαυκοφανιτική φάση σε υψηλότερες Τ (πρασινοσχιστολιθική γλαυκοφανιτική) (64) 27 Γλαυκοφανιτικός σχιστόλιθος (Gl + Law) 14
Γλαυκοφανιτικός σχιστόλιθος (Gl + Law) Γλαυκοφανίτης (Gl + Ep + Cc) 15
Γλαυκοφανίτης (Gl + Ep + Cc) Γλαυκοφανιτικός σχιστόλιθος (Gl + Ep) 16
Γλαυκοφανιτικός σχιστόλιθος (Gl + Ep) Gl Ctd mica σχιστόλιθος 17
Gl Ctd mica σχιστόλιθος Gl Cc Ep mica σχιστόλιθος 18
Gl Cc Ep mica σχιστόλιθος Μεταβασικά πετρώματα Γλαυκοφανιτική φάση Εκλογιτική φάση (71) 38 19
Gl-Gt-mica σχιστόλιθος (mica + Gt + Gl) Gl-Gt-mica σχιστόλιθος (mica + Gt + Gl) 20
Μεταβασικά πετρώματα Εντός του πεδίου των P-T της γλαυκοφανιτικής φάσης γίνονται επίσης αντιδράσεις που αλλάζουν τις ορυκτολογικές παραγενέσεις: Με τη σημαντική αντίδραση: σταματάει η συνύπαρξη λωζονίτη και γλαυκοφανούς σε υψηλές P εμφανίζεται ο γρανάτης Με την αντίδραση: σχηματίζεται η σπάνια παραγένεση του δεξιού μέλους (διαγνωστική πολύ υψηλών P και χαμηλών Τ) 41 Μεταβασικά πετρώματα Λωζονίτης: ιδιαίτερη πυκνή ορυκτή φάση (~3,1 gr/cm 3 ) = ανορθίτη (~2,67 gr/cm 3 ) + νερό Σε βασαλτικούς πρωτόλιθους: 42 21
Γλαυκοφανιτικός σχιστόλιθος (Gl + Law) Γλαυκοφανιτικός σχιστόλιθος (Gl + Law) 22
ιαγραμματική απεικόνιση Εικ.. 25-10. ιάγραμμα ACF που απεικονίζει αντιπροσωπευτικές παραγενέσεις μεταβασιτών στην γλαυκοφανιτική φάση. Η ροζ περιοχή αντιπροσωπεύει το συστασιακό πεδίο συνήθων μεταβασικών πετρωμάτων. Από: Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. Om Ορυκτολογικές μεταβολές 46 23
Παρουσία ανθρακικών ορυκτών @ 400 οc 1.0 GPa: Πολυμορφικός μετασχηματισμός τριγωνικού ασβεστίτη σε ορθορομβικό αραγωνίτη Ωστόσο μεταπίπτει και πάλι, εύκολα, σε ασβεστίτη κατά την αποσυμπίεση πετρωμάτων που περιέχουν ανθρακικά ορυκτά. ιατηρείται όταν η επιστροφή στην επιφάνεια γίνει πολύ γρήγορα (άρα αν αποφευχθεί η θέρμανσή του) Πως εξηγείται η παρουσία τους? 47 1. Πολυμορφικοί Μετασχηματισμοί φάσεων Figure 26.1. A portion of the equilibrium boundary for the calcitearagonite phase transformation in the CaCO 3 system. After Johannes and Puhan (1971), Contrib. Mineral. Petrol., 31, 28 38. Winter (2010) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. 24
Παρουσία ανθρακικών ορυκτών Η προέλευσή τους συνδέεται: α) ωκεάνεια μεταμόρφωση των βασαλτών και την μετασωμάτωσή τους β) ανθρακικά ιζήματα που συναποτέθηκαν με την έκχυση βασαλτικών λαβών στον ωκεάνειο πυθμένα 49 Εκλογιτική φάση 50 25
Fig. 25.3. Temperaturepressure diagram showing the three major types of metamorphic facies series proposed by Miyashiro (1973, 1994). Winter (2010) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. Εκλογιτικές παραγενέσεις Ομφακίτης + γρανάτης Απουσία πλαγιοκλάστου Από: http://www.geology.wisc.edu/~unstable/orogenic_belts/orogenic_belts.htm Από: http://geology.about.com/od/minerals/ig/pyroxenes/minpicomphacite.htm 52 26
Συνθήκες P-T εκλογιτών Χαμηλής T: καταβύθιση ωκεάνειας λιθοσφαιρικής πλάκας Στις υτικές Άλπεις μαξιλαροειδείς βασάλτες οφιολιθικών συμπλεγμάτων (συχνή η εμφάνιση ένυδρων φάσεων: chloritoid, zoisite και talc μαζί με Grt + Omp) Ενδιάμεσης T: από την πάχυνση φλοιού λόγω επάλληλης τοποθέτησης καλυμμάτων ηπειρωτικού φλοιού Μπορούν να περιέχουν ακόμη ένυδρες φάσεις (κυρίως zoisite + phengite. Υψηλής T: οι ένυδρες φάσεις απουσιάζουν (συχνή η εμφάνιση κυανίτη μαζί με Grt + Omp) 53 Τύποι Εκλογιτών Τριών τύπων εκλογίτες (A,B, και C) ανάλογα με τα γεωδυναμικά περιβάλλοντα ρβ Τύπου Α: ως ξενόλιθοι σε κιμπερλίτες Τύπου Β: ως φακοί ή ταινίες σε μιγματιτικούς γνευσίους Τύπου C: ως φακοί ή ταινίες σε πετρώματα συνδεόμενα με γλαυκοφανίτες 54 27
Συνθήκες P-T εκλογιτών Βρίσκονται ως τεκτονικά μεταφερόμενα τεμάχη εντός πετρωμάτων άλλων φάσεων ή σε χαοτικές ζώνες melange (συνήθη σε πρίσματα προσαύξησης ζωνών καταβύθισης και περιοχές κυανοσχιστολιθων) Άλλες φορές εμφανίζουν ζωνώδη κατανομή των ορυκτών που υποδηλώνει προοδευτικού τύπου μεταμόρφωση Ανώτερο όριο όχι καθορισμένο Έχουν μελετηθεί έως και 65 kbar!!! Υπερ-υψηλής πίεσης μεταμόρφωση ή υπερ-υψηλής πίεσης εκλογίτες (UHP) 55 Συνθήκες P-T εκλογιτών 56 28
Εκλογιτικές Παραγενέσεις Οι γλαυκοφανίτες υψηλών P περιέχουν ήδη γρανάτη Η μετάβαση εκφράζεται από την εμφάνιση του ομφακίτη Από γλαυκοφανιτική στην εκλογιτική: (71) Από αμφιβολιτική ή γρανουλιτική στην εκλογιτική: 57 Εκλογίτης (Omp + Py ±Gl) 29
Εκλογίτης (Omp + Py ±Gl) ιαγραμματική απεικόνιση 60 30
Προβλήματα συνύπαρξης φάσεων Συνύπαρξη εκλογιτών γλαυκοφανιτών Σύρος + Σίφνος: λεπτές επάλληλες διαστρώσεις ξηρών παραγενέσεων (ομφακίτης+πυρωπό) με γλαυκοφανιτικούς σχιστόλιθους με άφθονες ένυδρες φάσεις Ισοφασικοί σχηματισμοί τοπική ετερογένεια ρευστών φάσεων ή ετερογένεια χημικών συστάσεων πετρωμάτων πλούσιοι σε Fe, φτωχοί σε Si μεταβασίτες εκλογίτης πλούσιοι σε Mg μεταβασίτες γλαυκοφανίτες 61 Προβλήματα συνύπαρξης φάσεων Συνύπαρξη γλαυκοφανιτών - πρασινοσχιστολίθων Η διατήρηση των ΗP παραγενέσεων αποδίδεται στη γρήγορη ανύψωση των πετρωμάτων και τη μικρή κινητικότητα των αντιδράσεων Evans & Brown (1987), Holland (1986) κ.α. Αφθονία Na 2 O, ολικό Fe και οξειδωτικές συνθήκες σταθερότητα Na-ούχων αμφιβόλων Χαμηλότερη περιεκτικότητα σταθερότητα Ca-ούχωνχ αμφιβόλων Na-αμφίβολος + επίδοτο = αλβίτης + χλωρίτης + ακτινόλιθος + Fe-οξείδια 62 31
Προβλήματα συνύπαρξης φάσεων Συνύπαρξη γλαυκοφανιτών πρασινοσχιστολίθων Evans (1990) συνύπαρξη των δύο φάσεων για ένα εύρος πιέσεων ~3kbar στους 400 ο C Άλλοι ερευνητές υπεύθυνη η διαθεσιμότητα ρευστής φάσης 63 32