Magmaserier Forelesning 4 Rytmisk modallagning i Skaergaard intrusjonen, Grønland Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Stratovulkaner kan være bygget opp av aske og strømmer med forskjellig sammensetning basaltisk andesitt (ca 50 wt% SiO2) andesitt dacitt rhyolitt (ca 70 wt% SiO2) Tilsvarende intrusiver varierer i sammensetning fra basalt til granitt Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Noen askenedfall fra samme utbrudd kan vise tilsvarende variasjoner Noen av de store lagdelte basaltiske intrusjoner varierer i sammensetning fra ultramafiske bergarter til kvartsdioritt Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Dersom vi hadde analysert alle basalt gangene i denne skrenten ville vi ha sett at alle gangene har forskjellig sammensetning, hvorfor? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

rekke lavaer fra en strato- vulkan. Bergartene Harker variasjonsdiagram Her har vi analysert en rekke lavaer fra en strato- vulkan. Bergartene varierer i sammensetning fra basalt til rhyolitt. Dersom disse lavaene kommer fra samme utbrudd kaller vi dette en MAGMASERIE Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Magmatisk differensiasjon Enhver prosess som fører til en endring i et magmas kjemiske sammensetning.

Dersom vi plotter bergartsserier fra øybuer og fra midt oseanske spredningsrygger i et AFM diagram danner de markert forskjellige serier Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Hvordan oppstår slike variasjoner i magmasammensetning? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Det er to hovedprosesser som danner magmaserier Forskjellig grad av partiell oppsmelting (anatekse) (primær prosess) Fraksjonell krystallisasjon (sekundær prosess) Vi skal konsentrere oss om fraksjonell krystallisasjon Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Fraksjonell krystallisasjon skyldes at de mineraler som krystalliserer fra et magma har en sammensetning og tetthet som er forskjellig fra magmaet Dette betyr at når slike mineraler krystalliserer og fjernes fra magmaet så endrer restmagmaet kjemisk sammensetning. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

La oss som eksempel tenke oss at et stort volum med basaltmagma har dannet en lopolittintrusjon. Et slikt magma har ca 50% SiO2 og en temperatur på ca 12000C. Det er også rikt på MgO, FeO og CaO. Hvordan er dette magmaet bygget opp mikroskopisk? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Magmaet lekker varme til sidebergarten. For å prøve å opprettholde temperaturen (Le’Chateliers prinsipp) starter det å krystallisere. Når krystaller dannes og vokser utvikles det varme (ΔHxtl). Som eksperter i mineralogi bør all nå ha en formening om hvilket mineral som først vil krystallisere. Magmaet domineres av enkle SiO4 tetrahedere med store mengder mellomliggende Mg og Fe. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

OLIVIN (Mg, Fe)2SiO4 Liquidus mineral vil være Mg-rik olivin Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Nå er det slik at olivin har noe annen sammen- setning enn magmaet. Dessuten er olivin svært tungt og tenderer mot å synke. Magmaet endrer sammensetning Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Hva med olivinkrystallene som synker til gulvet i lopolitten? De danner lag av olivin. Dette bygger opp en bergart som vi kaller DUNITT Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Olivinfraksjonering anriker magmaet blant annet i SiO2, FeO og CaO. Dette fører etter hvert til at klinopyroksen starter å krystallisere Denne kombinasjonen anriker magmaet videre i SiO2 Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Klinopyroksen synker til bunns sammen med olivin og danner lagdelte bergarter som vi kaller WEHRLITT (olivin + cpx) Fraksjonering av de to mineralene anriker etter hvert magmaet så mye i SiO2 at olivin ikke lenger er stabil. Olivin som ikke er fjernet reagerer til ortopyroksen. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Klinopyroksen etterfølges etter hvert av plagioklas. Plagioklas er forholdsvis lett og kan i noen tilfeller flyte til taket i magmakammeret Dersom plagioklas synker vil den sammen med klinopyroksen danne bergarten GABBRO. Dersom plagioklas stiger kan anortositt dannes i taket. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Ekstrem fraksjonering av gabbro (plagioklas og klinopyroksen) vil etter hvert føre til kraftig an- rikning i Fe, Ti og P slik at titanomagnetitt og apatitt krystalliserer. Dette er Si-frie faser og fraksjonering av disse fører til kraftig Si anrikning i magmaet og kvartsmetning. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Her kan du se repetert modallagning i Skaergaard intrusjonen. Lagene er mørke i bunn (olivin + klinopyroksen) og er lyse i toppen (plagioklasdominert) Anortositt Gabbro Wehrlitt Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Langvarig gabbrofraksjonering fører til kraftig anrikning i Fe, Ti og P (Fe-Ti basaltisk magma) Fører etter hvert til utkrystallisering av ilmenitt og apatitt På dette stadium er det lite magma igjen i kammeret (5-10%). Dermed fører fraksjonering av ilmenitt og apatitt (Si-fri) til kraftig Si- anrikning og metning av kvarts Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

De siste smeltene som krystalliserer danner derfor kvartsdioritt Geo112, Kjell P Skjerlie 2002

En må huske på følgende Bare tholeiitiske magma (MORB) ender opp med kvarts metning Bare små mengder sure fraksjonater kan dannes (<5%) Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Tholeiitiske magma viser ved fraksjonering kraftig Fe-anrikning. Dette altså fordi ilmmenitt/ magnetitt krystalliserer sent i fraksjoneringshistorien. Geo112, Kjell P Skjerlie 2002

Den tholeiitiske fraksjoneringsserie Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Alkaline basaltmagma (Hawaii) ender i stedet opp som TRACHYTTER eller som nefelin førende fraksjoneringsprodukter Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Alkaline fraksjonerings- serier Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Basalter som dannes over subduksjonssoner danner større mengder med Si-rike fraksjonerings- produkter Denne serien kalles den kalk-alkaline serie og viser ikke Fe-anrikning Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Tholeliitiske basalter danner små mengder SiO2-rike (sure) fraksjoneringsprodukter. Kalk-alkaline basalter danner betydelig større mengder med sure fraksjoneringsprodukter. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Den kalk-alkaline fraksjoneringsserie Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Hvorfor danner den kalk-alkaline serie større mengder sure fraksjoneringsprodukter? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Basalt i subduskjsonssoner er rikere på vann enn tholeiitiske MORB magma Dette fordi vann tilføres mantelkilen fra den subduserende oseanskorpen Geo112, Kjell P Skjerlie 2002

Større mengde vann fører til høyere fO2 og rask metning i magnetitt og amfibol Fraksjonering av disse fasene forhindrer Fe- anrikning og fører til raskere anrikning i Si Større andel sure fraksjoneringsprodukter Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

I tillegg til dette så vil suprasubduksjonssonemagma assimilere kontinentalskorpe i ensialiske øybuer slik at mengden sure produkter økes ytterligere. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Vi har antatt at fraksjonering skjer ved at krystaller bunnfeller, er dette særlig sannsynlig? Neppe, for varmetapet er størst langs tak og vegger, derfor vil krystallene dannes her. Ikke inne i magmavolumet. Vis dette er tilfelle, hvordan kan det da ha seg at store lagdelte intrusjoner har svært mektige lagserier i bunn? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Krystallkumulatene som dannes i tak og langs vegger er ikke stabile og vil rase nedover og samle seg i bunn. Dette forklarer også de hyppige ”sedimentære” strukturene (kryssjikt, erosjon, diskordanser) som opptrer i lagseriene Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Inkonformitet i Skaergaard intrusjonen Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Andelen sure magmatiske bergarter er betydelig høyere i ensialiske øybuer enn i de ensimatiske Dette MÅ bety at fraksjonering alene ikke for- klarer dannelse av de sure bergartene Nøkkelen her må være at de Si-rike bergartene som bygger opp ensialiske øybuer er involvert Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

Når varmt basaltmagma intruderes inn i Si-rike vertsbergarter så vil to ting kunne skje. Sidebergarten smelter opp og danner Si-rike granittiske smelter Basaltmagmaet inkorporerer og smelter helt eller delvis opp inklusjonene (XENOLITT) Denne prosessen kalles ASSIMILERING Disse prosessene fører til at det totalt dannes større mengder Si-rike magma Geo105, Kjell P Skjerlie 2002