Humittgruppemineraler i metamorfoserte mafiske og ultramafiske bergarter

Sterkt deformerte og foldede årer av brun hydroksylklinohumitt i serpentinitter fra nærområdet til Aosta, Italia
Begrepet 'mafisk' er avledet fra de første bokstavene i elementene magnesium og jern (Fe), og mafiske bergarter er preget av et relativt høyt innhold av disse to grunnstoffene. Mineralene i Mg-humite-serien dannes vanligvis i miljøer med høy MgO/SiO ₄ forhold og med tilstedeværelse av Mg(OH) _to og/eller MgF _to . Det virker derfor logisk at Mg-humitt-seriens mineraler skal finnes i mafiske bergarter. De er mulige å finne, men er ganske sjeldne.

Det er to kjemi-relaterte årsaker til denne sjeldenheten. Først behovet for (OH) og/eller F i strukturen. Dette er ikke i seg selv en gyldig grunn til at disse mineralene er sjeldne. Amfiboler, glimmer og epidotmineraler inneholder alle (OH), men mineralene i humittgruppen aksepterer også svært lite jern i sammensetningen. Derfor er forekomsten av humittgruppemineraler i mafiske og ultramafiske bergarter begrenset til kun de mest magnesianske bergarter, som også inneholder (OH) og F. Den mer vanlige antofyllitten er et annet mineral med lignende kjemi som Mg-humittene, men som er mye mer vanlig enn Mg-humittene i mafiske bergarter. Følgelig begrenser også andre mekanismer utviklingen av Mg-humitter i mafiske og ultramafiske bergarter.

Lokalitetene beskrevet i denne artikkelen indikerer at det er begrensninger i trykk/temperatur (PT) regimer og geologiske miljøer som gjør at Mg-humitter kan dannes. Selv om antall lokaliteter som behandles i denne artikkelen er begrenset, representerer de typiske geologiske miljøer, og forekomsten av Mg-humittseriemineraler i mafiske bergarter kan brukes som et indikatormineral for en spesifikk geologisk utvikling for bergartene der de forekommer.


Geografi og lokaliteter Cima di Gagnone, Ticino, Sveits Malenco-dalen, Sondrio-provinsen, Lombardia, Italia Zermatt, Visp, Valais, Sveits
Det er flere små ultramafiske enheter i de europeiske alpene. Mange av disse enhetene er geologisk interessante og har blitt grundig studert. Humittgruppemineraler forekommer hovedsakelig i disse mafiske bergartene i den vestlige og sentrale delen av Alpene. Denne artikkelen tar for seg noen av de mer studerte lokalitetene på begge sider av den sveitsiske/italienske grensen. Lokalitetene er Cima di Gagnone, en 2518 meter høy topp i de sveitsiske alper, Val Malenco, en dal i Nord-Italia hvor serpentin har blitt brutt siden middelalderen, og en serpentinittkropp i Zermatt-Saas-området nær fjellet Trockener Steg i Sveits.

Regional geologi
Penninic nappe steiner i de sentrale Alpene. Mineraler fra Mg-humite-serien finnes i ultramafiske bergarter i denne nappen.
De ultramafiske kroppene i Alpene ble opprinnelig dannet som skiver av tethyansk havskorpe. Dette havet åpnet seg mellom 'Europa' og 'Afrika' i juratiden (160–120 Ma, Kempf et al. 2020). De opprinnelige bergartene representerer en nedre skorpe/øvre mantelseksjon hovedsakelig sammensatt av gabbro, peridotitt, serpentinitt, en serpentin/karbonatbergart (ofikarbonat), samt metapelitter (havsedimenter) fra den nedre skorpen. Ved stenging av Tethyanhavet i sen kritt/tertiær alder, ble disse bergartene subdusert og metamorfosert til amfibolitt, eklogitt eller blåskifer. Topp metamorfe karakter (og muligens tidspunkt for toppmetamorfose) er avhengig av lokalitet. Senere, under den nåværende alpine orogenien (2-5 Ma, Kempf et al., 2020), ble de ultramafiske bergartene gravd opp og så en grønnskifer-facies retrograd overtrykk. Martin et al. (1994) gir en god oppsummering av de geologiske hendelsene som har dannet disse bergartene, og en kort oppsummering av konklusjonen deres er inkludert her:

Kontinentalt oppbrudd og riftmagmatisme: Mafiske/ultramafiske bergarter ble dannet under høye T og avtagende P-forhold, og deres plassering var relatert til skorpefortynning og manteloppstrømning.

Oceanisk magmatisme: Det ble for det meste dannet Mg-rike gabbros og vulkanske ekstruderingsstoffer (basaltlignende bergarter), sannsynligvis relatert til rifting.

Oceanisk sedimentært dekke: Ofiolitiske meta-sedimenter finnes lokalt nær noen av de mafiske kroppene.

Pre-orogen høytemperatur hydrotermisk endring: De fleste av de serpentine ultramafiske kroppene viser relikvier fra hydrotermisk endring.

Subduksjon: Høytrykks-/lavtemperaturmetamorfose under subduksjon i eoalpine orogeny i midten av kritt til tidlig eocen. Denne hendelsen gir den høyeste metamorfe hendelsen inkludert blueschist/eklogittfacies-forhold. Hydroxylclinohumite har dannet seg i denne hendelsen fra pre-hydrerte mafiske bergarter (serpentinitter).

Økning etter topp: Denne hendelsen har gitt et amfibolitt/grønnskifer-facies-overtrykk i mange mafiske bergarter. På noen lokaliteter har hydroksylklinohumitt også dannet seg i årer under denne retrograde hendelsen.

Petrologi og paragenese Cava del Castellaccio, et av serpentinbruddene i Val Malencos ultramafiske bergarter. Diopsidevene

Castellaccio Quarry, Chiesa i Valmalenco, Sondrio-provinsen, Lombardia, Italia Titanian hydroksylclinohumite (brune) porfyroblaster i en blodåre i serpentinbergarten Cava del Castellaccio, et av serpentinbruddene i Val Malencos ultramafiske bergarter. Diopsidevene

Castellaccio Quarry, Chiesa i Valmalenco, Sondrio-provinsen, Lombardia, Italia Titanian hydroksylclinohumite (brune) porfyroblaster i en blodåre i serpentinbergarten Cava del Castellaccio, et av serpentinbruddene i Val Malencos ultramafiske bergarter. Diopsidevene

Castellaccio Quarry, Chiesa i Valmalenco, Sondrio-provinsen, Lombardia, Italia Titanian hydroksylclinohumite (brune) porfyroblaster i en blodåre i serpentinbergarten Ultramafiske bergarter i Malenco-dalen

Malenco-dalen, Sondrio-provinsen, Lombardia, Italia Geologisk kart, Cima di Gagogne

Cima di Gagnone, Ticino, Sveits Ultramafiske bergarter nær Trockener Steg, Zermatt-Saas-ofiolitten Ultramafiske bergarter i Malenco-dalen

Malenco-dalen, Sondrio-provinsen, Lombardia, Italia Geologisk kart, Cima di Gagogne

Cima di Gagnone, Ticino, Sveits Ultramafiske bergarter nær Trockener Steg, Zermatt-Saas-ofiolitten Ultramafiske bergarter i Malenco-dalen

Malenco-dalen, Sondrio-provinsen, Lombardia, Italia Geologisk kart, Cima di Gagogne

Cima di Gagnone, Ticino, Sveits Ultramafiske bergarter nær Trockener Steg, Zermatt-Saas-ofiolitten Toppmøtet i Gagnone
Ved Cima di Gagnone danner de ultramafiske bergartene langstrakte linseformede kropper som er titalls til hundrevis av meter i størrelse. De er innelukket i semi-pelittisk og kvarts-feltspatisk gneis. To hovedtyper av ultramafiske bergarter er beskrevet; granatperidotitt og klorittharzburgitt. De representerer en eklogittfacies-nedbrytning av hydrerte peridotitter (serpentinitter). Scambelluri et al. (2014) antyder at hydreringen er et resultat av eksponering for både sjøvann (pre-subduksjon) og vann fra skorpe-reservoarer (metasedimenter) under subduksjon.

Klorittharzburgitten inneholder en mineralsammensetning av topptilstand av olivin (67%), ortopyroksen (25%), kloritt (5%), F-bærende Ti-hydroksylklinohumitt (3%), mens granatperidotitt inneholder olivin, ortopyroksen, magnesi. -hornblende, granat, klinopyroksen og ilmenitt. Titanisk hydroksylklinohumitt forekommer i begge bergartene, men er mest vanlig i klorittharzburgitten. I granatperidotitt brytes normalt hydroksylklinohumitt ned til olivin + ilmenitt under den retrograde fasen.

Val Malenco
Val Malenco-serpentinitten er ca. 1-2 km tykk og dekker et område på ca. 170 km ^to . Samlingen av ultramafiske til mafiske bergarter og ofikarbonater ble moderat begravet i slutten av kritt til temperatur og trykk anslått til 450 °C og 6 kbar. Den subduksjonsrelaterte metamorfosen førte til transformasjonen av de krysotilbærende serpentiniserte peridotittene til antigorittskifer med en mineralsammensetning av antigoritt + olivin + diopsid + kloritt + magnetitt med Ti-hydroksylklinohumitt, brucitt og sulfider som tilleggsfaser.

Lokalt blir serpentinitten kuttet av forskjellige typer årer, og noen av disse venene inneholder olivin, kloritt, magnetitt, titanisk hydroksylklinohumitt og diopsid, andre viser forskjellige mineralogier.

I tillegg til de regionale arrangementene er det en metamorf kontaktsone mot Bergell-innbruddet. Hydroxylclinohumite er ikke til stede i denne sonen.

Zermatt-Saas
Zermatt-Saas-ofiolitten er en serpentinkropp med samme opprinnelse som serpentinittene Cima di Gagnone og Val Malenco. Kempf et al. (2020) studerer et utspring på 100 x 100 m og finner flere typer mafiske diker i serpentinitten. Mest fremtredende er rodingitter som er titalls meter lange og av og til over én meter tykke. Mindre rikelig er rødbrune årer som består av Ti-hydroksylkondroditt. De konkluderer med at rodingitten representerer primitive mafiske diker, mens Ti-hydroksylkondrodittårene stammer fra mer utviklede Fe-Ti gabbroiske eller basaltiske diker dannet som en del av havmagmatismen (Martin et al., 1994).

Åretyper knyttet til serpentinittene

De ultramafiske kroppene inneholder forskjellige typer mineraliserte årer som har dannet seg som diker under den primære magmatiske hendelsen, i skjærsoner eller mellom lag under topp metamorfe dehydreringshendelser, eller hydrotermisk aktivitet assosiert med sprø deformasjon i retrograd hendelse. Det er klart at mineralogien til tidlig dannede årer kan ha endret seg under senere metamorfe hendelser. Mineralogien til venene er et resultat av forløperens bulkkjemi, metasomatisk og/eller hydrotermisk påvirkning og PT-forholdene. Mer enn 20 forskjellige typer årer er beskrevet i litteraturen, og det er utenfor dette arbeidet å diskutere bare noen få eksempler.

Fra et mineralogisk perspektiv er metamorfoserte magmatiske diker de mest interessante. Ti-clinohumite og Ti-chondrodte-årene er av denne typen, etter å ha dannet seg fra utviklet Fe-Ti-rik gabbro eller basalt-forløper, og deler dermed en lignende opprinnelse som de mer mineralogisk komplekse og studerte rodingitt-årene. Rodingitter er Ca-rike, Si-undermettede og alkalifattige bergarter av metasomatisk opprinnelse. Mineralforeningen dominert av Ca–Al og Ca–Mg silikater. De er dannet fra opprinnelig mafiske diker påvirket av Ca-rik H2-bærende, og reduserer vandige løsninger under toppdehydrering og retrograd serpentinisering. Fremragende granatprøver (grossulære/andraditt), vesuvian- og diopsideprøver er funnet i vugger i disse venene. En uvanlig mineralogi som inneholder perovskitt og magnetitt er også kjent fra rodingittene. Perovskitt finnes normalt i Si-undermettede magmatiske bergarter (kimberlitter, karbonatitter, alkaliske massiver) eller i høytemperaturkontaktsoner. Her har perovskitt dannet seg som et metasomatisk mineral under moderate PT-forhold. Den nødvendige Ti antas å stamme fra magmatisk augitt (Müntener og Hermann, 1993) og akkumulert i vannholdige løsninger før perovskitten dannes.

Under prograd metamorfose har dehydrering av serpentinitter gitt olivinårer i skjærsoner og langs sengeplan. Mot slutten av dehydreringen har venene blitt komprimert, og fanget vann inne. Det fangede vannet har tillatt senere delvis retrograd endring av olivinen.

Sprø deformasjon under alpint heving har skapt brudd som har blitt fylt med lavtemperatursammensetninger, inkludert krysotil, karbonater og talkum. Groppo og Compagnoni (2007) gir en oversikt over slike sene parageneser fra Val Malenco-serpentinitten.

Humite-gruppe mineraler Titanklinohumite

Malenco-dalen, Sondrio-provinsen, Lombardia, Italia Titanian hydroksylclinohumite som sammenvekster med olivin, type 1-forekomst Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast Titanklinohumite

Malenco-dalen, Sondrio-provinsen, Lombardia, Italia Titanian hydroksylclinohumite som sammenvekster med olivin, type 1-forekomst Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast Titanklinohumite

Malenco-dalen, Sondrio-provinsen, Lombardia, Italia Titanian hydroksylclinohumite som sammenvekster med olivin, type 1-forekomst Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast, type 2-forekomst Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast, type 2-forekomst Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast, type 2-forekomst Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast, type 2-forekomst Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast, type 2-forekomst Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast, type 2-forekomst Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast, type 2-forekomst Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast, type 2-forekomst Titanian hydroksylclinohumite porfyroblast, type 2-forekomst
Der de forekommer, forekommer humittgruppemineraler i serpentinittene i de sentrale og vestlige Alpene i tre forskjellige forekomster:

Type 1: Som sammenvekster av med olivin i serpentinittene.
Type 2: I årer som krysser serpentinittene.
Type 3: I eller langs skjærsoner.

Ved Cima di Gagnone forekommer titanisk hydroksylklinohumitt hovedsakelig i de sentrale delene av olivinmegakrystaller (type 1). Olivin og hydroksylklinohumitt er sammenvokst og danner uregelmessige polysyntetiske tvillinger og kan ikke uten videre skilles. Hydroksylklinohumiten inneholder opptil 0,318 apfu Ti og betydelige mengder F (opptil 2,12 vekt%), men fortsatt godt innenfor de kjemiske grensene til hydroksylklinohumitt.

Den største ansamlingen av humittgruppemineraler i de mafiske bergartene i Alpene finnes i diopsid + Ti-hydroksylklinohumitt + olivin + Mg-kloritt + antigoritt + magnetittårer (Type 2 og 3). Disse venene er utbredt over hele den indre Piemonte-sonen, og Val Malenco brukes her som et eksempel på lokaliteten. I Val Malenco er et tverrsnitt av de ultramafiske bergartene lett tilgjengelig i serpentinittbruddene. De Ti-hydroxylclinohumite-bærende venene er fra noen få millimeter til flere centimeter tykke og er ofte deformert og foldet. Ti-hydroksylklinohumitt forekommer lokalt som grovkornede rødbrune porfyroblaster. Den viser en markert pleokroisme, fra gul til mørk oransje, og er ofte assosiert med porfyroblastisk metamorf olivin og sjeldnere til blekere farget humitt. Ti-hydroksylklinohumitt erstattes lokalt i kantene av en utstrålende sammenvekst av langstrakt ilmenitt + antigoritt + magnesitt. Analytiske data fra Val Malenco levert av Evans og Trommsdorf (1983) viser omtrent 0,5 apfu F og opptil 0,318 apfu Ti.

I Zermatt-Saas forekommer ophiolit-humittgruppemineral som Ti-hydroksylklinohumitt i små lameller (type 1) spredt i store olivinkorn og som polygonale korn i rekrystallisert olivin. Ti-hydroksylkondroditt eksisterer samtidig med Ti-hydroksylklinohumitt og er rikelig i Ti-rike årer (type 2), der forløper ilmenitt må ha vært tilstede. De fleste kornene som finnes i skjærsonen og skjærbåndene (type 3) og olivinårer består av Ti-hydroksylklinohumitt.

Kjemiske analyser levert av Kempf et al. (2020) viser at hydroksylkondroditten har fra 1,173 til 1,334 apfu (OH) og opp til 0,414 apfu Ti, nær den teoretiske maksimalverdien på 0,5 apfu som postulert av Ribbe (1979). Kempf foreslår at hydroksylkondroditt balanseres med hydroksylklinohumitt ved reaksjonene Ti-hydroksylklinohumitt + ilmenitt + H2O = Ti-hydroksylkondroditt + antigoritt og Ti-hydroksylklinohumitt + H2O = Ti-hydroksylkondroditt + olivin + antigoritt.

Lokalitet Ruby Range, Beaverhead Co., Montana, USA
Ruby Range dekker omtrent 260 kvadratkilometer, og er oppkalt etter forekomsten av granatstein i jorda. Det ligger nær Dillon, Montana, USA.

Geologi Wolf Creek ultramafiske bergarter

Ruby Range, Beaverhead Co., Montana, USA
Ruby Range kan deles inn i tre omtrent parallelle nordøstlige trendbelter. Østre beltet er overveiende gneiser og skifer. Det sentrale beltet består av kvarts-feltspatisk gneis. Begge disse beltene er kjelleren for det vestre beltet med metasedimentære og meta-magmatiske bergarter.

De krystallinske kjellerbergartene ble deformert og metamorfosert til øvre amfibolitt-facies-forhold sannsynligvis på en eller flere ganger inkludert 3300, 2700, 2400 eller 1800 Ma. Toppforhold var sannsynligvis ved amfibolitt til granulitt-facies rundt 2750 Ma og en grønnskifer til amfibolitt-facies-metamorfose ved 1800 Ma er sannsynligvis relatert til oppgravningsavkjøling.

Små ultramafiske bergarter forekommer på mange lokaliteter i hele Ruby Range-komplekset. Typisk er de ultramafiske bergartene langstrakte, elliptiske kropper som har en tendens til å parallelle den regionale foliasjonen og varierer i størrelse fra noen få meter til hundrevis av meter i lengde. De ble plassert tidlig og så den høyeste metamorfe hendelsen ved 2750 Ma så vel som den retrograde endringen ved 1800 Ma. Mineralsammensetninger (magnesio-hornblende, ortopyroksen, olivin, grønn spinell, ± titanisk hydroksylklinohumitt) og tilhørende bergarter (meta-rodingitter) indikerer at kroppene ble serpentinisert før metamorfose. Under den retrograde hendelsen ved 1800 Ma fant re-serpentinisering av de ultramafiske kroppene sted.

Petrologi
Heinrich (1963) gir en detaljert beskrivelse av bergartene som finnes i en av de ultramafiske kroppene. Han finner at den dominerende bergarten er harzburgitt, som inneholder orto-pyroksen, olivin og spinell. Innenfor denne steinen, mindre uregelmessige flekker av
serpentinitt, antofyllittbergarter, aktinolittbergarter, hydroksylklinohumittholdige bergarter forekommer, i tillegg til årer og xenolitter av omkringliggende bergarter. Han klassifiserer venene i

- Serpentinårer
- Båndede årer der 1-tommers kromittlag veksler med serpentinkromitt
- Kryssfiber antofyllittårer
- Klorittårer
- Talkum årer
- Granatholdige karbonatårer
- Granatårer

Hydroksylklinohumiten er begrenset til bergarter som viser relativt liten retrograd endring. Det forekommer i bergarter som hovedsakelig består av stubbe pyroksenkrystaller kuttet av årer av grønn serpentin, og mindre mengder antofyllitt, aktinolitt, kloritt, flogopitt, magnetitt og antigoritt.

Humittgruppemineraler
Titanian hydroksylclinohumite forekommer som spredte, uregelmessige til avrundede korn og kornklynger opp til 5 cm i diameter. Hydroksylklinohumiten er ikke identifisert i vener.



Orogen sekvens som danner Mg-humitter i mafiske bergarter
Det vanligste humittgruppemineralet i dette miljøet er titanisk hydroksylklinohumitt, men også hydroksylkondroditt er identifisert. Groppo et al. (2007) nevner humite som forekommende i hydroksylclinohumit-årer, men ingen analytiske data er gitt for å støtte eller forstå mekanismene som gir dette mineralet i denne assosiasjonen. Felles for alle de analyserte prøvene av humittgruppemineraler i denne assosiasjonen er at de er hydroksyldominante, med humittomtale av Groppo et al. (2007) som et sannsynlig unntak.

Desmaris (1981) anser tilstedeværelsen av betydelige mengder fluor som avgjørende for at titanisk hydroksylklinohumitt kan dannes i Ruby Range metamorfe bergarter. Evans og Trommsdorf (1983) anser også F som en liten, men essensiell bestanddel for å danne humittgruppemineraler i Alpene. Humittgruppemineralene er også et depot for Ti i disse bergartene ettersom den tilhørende olivinen ikke kan romme titan. Dette er tydelig i den retrograde nedbrytningsreaksjonen hydroksylklinohumitt -> olivin + ilmenitt.

Felles for alle lokalitetene som er omtalt i denne artikkelen er også at mineralene i humittgruppen har dannet seg under metamorfe toppforhold fra pre-hydratiserte (serpetiniserte) olivinrike magmatiske bergarter i et høytrykks (subduksjon) miljø. Lignende forekomster er også registrert fra Equador, Chile og Kina. Tilstedeværelsen av titanian hydroksylclinohumite er diagnostisk for dette miljøet, og Luoni et al. (2018) foreslår at Ti-humitter i serpentinitter kan brukes som en del av en diagnostisk UHP-sammenstilling.

Det er godt mulig at det er feil og uriktige fremstillinger i denne artikkelen. Jeg vil sette pris på alle kommentarer og rettelser som kan bidra til et bedre og mer korrekt innhold.