Ophiolite - Ophiolite

Ordovician ophiolite i Gros Morne National Park , Newfoundland
Kromitisk serpentinit, Bay of Islands Ophiolite, Lewis Hills, Newfoundland

En ophiolit är en del av jordens havsskorpa och den underliggande övre manteln som har lyfts upp och exponerats över havsnivån och ofta placeras på kontinentala jordskorpor .

Det grekiska ordet ὄφις, ophis ( orm ) finns i namnet på ophioliter på grund av den ytliga strukturen hos vissa av dem. Serpentinite framkallar särskilt en ormskinn. Suffixet lite från grekiska litos betyder "sten". Vissa ophioliter har en grön färg. Ursprunget till dessa stenar, som finns i många bergiga massiv, förblev osäkert tills tillkomsten av platttektonisk teori.

Deras stora betydelse avser deras förekomst inom bergbälten som Alperna och Himalaya , där de dokumenterar förekomsten av tidigare havsbassänger som nu har konsumerats av subduktion . Denna insikt var en av de grundläggande pelarna i plåtektonik , och ophioliter har alltid spelat en central roll i plåtektonisk teori och tolkningen av forntida bergbälten.

Pseudostratigrafi och definition

Stratigrafisk sekvens av en ophiolit.

Den stratigrafiska- liknande sekvensen som observerats i ophioliter motsvarar de litosfärformande processerna vid mitten av oceaniska åsar :

  • Sediment: lera (svart skiffer ) och körsbär avsatta sedan skorpan bildades.
  • Extrusiv sekvens: basaltkudde lavor visar kontakt med magma / havsvatten.
  • Täckt vallkomplex : vertikala, parallella vallar som matade lava ovanför.
  • Påträngande på hög nivå: isotrop gabbro , indikerar fraktionerad magmakammare.
  • Skiktad gabbro, som härrör från utfällning av mineraler från en magmakammare.
  • Kumulera peridotit: dunitrika lager av mineraler som slår ut från en magmakammare.
  • Tektoniserad peridotit: harzburgit / lherzolit- rik mantelberg .

Penrose-fältkonferensen om ophioliter 1972 omdefinierade termen ophiolit så att den endast omfattar de vulkaniska bergarterna som anges ovan, med undantag för sediment som bildas oberoende av skorpan de sitter på. Denna definition har ifrågasatts nyligen eftersom nya studier av havskorpa från Integrated Ocean Drilling Program och andra forskningskryssningar har visat att havsskorpa på plats kan vara ganska varierande, och att ställen vulkaniska stenar sitter direkt på peridotit- tektonit , utan mellanliggande gabbros. .

Forskning

En förenklad struktur för en ophiolitsvit:
1. axiell magmakammare
2. pelagiska sediment
3. kuddbasalter
4. ark basaltiska vallar
5. påträngande, skiktad gabbro
6. dunit / peridotit kumulerar

Forskare har bara borrat cirka 1,5 km in i den 6- till 7 kilometer tjocka havsskorpan, så deras förståelse för havsskorpan kommer till stor del genom att jämföra ofiolitstruktur med seismiska ljud från havsskorpan på plats . Oceanisk skorpa har en skiktad hastighetsstruktur som innebär en skiktad bergserie som liknar den som anges ovan. I detalj finns det problem, med många ophioliter som uppvisar tunnare ackumuleringar av vulkanisk sten än vad som härleds för havskorpa. Ett annat problem relaterat till havskorpa och ophioliter är att det tjocka gabbroskiktet av ophioliter kräver stora magmakamrar under mitten av havsryggarna. Seismisk klingande av åsar i mitten av havet har avslöjat endast några magmakamrar under åsarna, och dessa är ganska tunna. Några djupa borrhål i oceanisk skorpa har fångat upp gabbro, men det är inte skiktat som ophiolitgabbro.

Cirkulationen av hydrotermiska vätskor genom ung havskorpa orsakar serpentinisering , förändring av peridotiterna och förändring av mineraler i gabbros och basalter till sammansättningar med lägre temperatur. Till exempel kommer plagioklas, pyroxener och olivin i de arkade vallarna och lavorna att förändras till albit, klorit och serpentin. Ofta, malm kroppar såsom järn -rika sulfid depositioner hittats ovan höggradigt förändrade epidosites ( epidot - kvarts stenar) som är bevis för (den nu-relikt) svarta smokers , som fortsätter att verka inom havsbotten spridningscentra havet åsar idag.

Således finns det anledning att tro att ophioliter verkligen är oceanisk mantel och skorpa; vissa problem uppstår dock när man tittar närmare. Kompositionsskillnader beträffande innehåll av kiseldioxid (SiO 2 ) och titandioxid (TiO 2 ), placerar till exempel ophiolitbasalter i området för subduktionszoner (~ 55% kiseldioxid, <1% TiO 2 ), medan åsbalkar i mitten av havet vanligtvis har ~ 50% kiseldioxid och 1,5-2,5% TiO 2 . Dessa kemiska skillnader sträcker sig också till ett antal spårämnen (det vill säga kemiska element som förekommer i mängder av 1000 ppm eller mindre). I synnerhet spårelement associerade med subduktionszon (öbåge) vulkaner tenderar att vara höga i ophioliter, medan spårämnen som är höga i havsryggbalkar men låg i subduktionszon vulkaner också har låga ophioliter.

Kristalliseringsordningen för fältspat och pyroxen (klino- och ortoproxen) i gabbros är omvänd och ophioliter verkar också ha en flerfasig magmatisk komplexitet i nivå med subduktionszoner. Det finns faktiskt ökande bevis för att de flesta ophioliter genereras när subduktion börjar och således representerar fragment av förbågens litosfär. Detta ledde till införandet av termen "supra-subduction zone" (SSZ) ophiolite på 1980-talet för att erkänna att vissa ophioliter är närmare besläktade med öbågar än havsryggar. Följaktligen visade sig några av de klassiska händelserna av ophiolit som var relaterade till havsbottenspridning (Troodos på Cypern, Semail i Oman) vara "SSZ" -ofioliter, bildade genom snabb förlängning av förbågskorpan under subduktionsinitiering.

En förbågsinställning för de flesta ophioliter löser också det annars störande problemet med hur oceanisk litosfär kan placeras ovanpå kontinental skorpa. Det verkar som att kontinentalt tillväxt sediment, om de bärs av den nedåtgående plattan in i en subduktionszon, kommer att stoppa upp det och orsaka subduktion att upphöra, vilket resulterar i en återhämtning av det ackretionära prismen med förbågens litosfär (ophiolit) ovanpå den. Ophioliter med kompositioner som är jämförbara med hotspot- typ av eruptiva inställningar eller normal mid-oceanisk åsbasalt är sällsynta, och dessa exempel är i allmänhet kraftigt uppdelade i subduktionszon-tillväxtkomplex.

Grupper och sammansättningar

Klassisk ophiolitsamling på Cypern som visar täckt lava som skärs av en vall med kuddelava överst.

Ophioliter är vanliga i orogena bälten i mesozoisk ålder, som de som bildas av stängningen av Tethys Ocean . Ophiolites i Archean och Paleoproterozoic domäner är sällsynta.

De flesta ophioliter kan delas in i en av två grupper: Tethyan och Cordilleran. Tethyan-ophioliter är karaktäristiska för de som förekommer i det östra Medelhavsområdet, t.ex. Troodos på Cypern och i Mellanöstern, såsom Semail i Oman, som består av relativt kompletta bergserier motsvarande den klassiska ophiolitmonteringen och som har placerats på en passiv kontinentala marginal mer eller mindre intakt (Tethys är namnet på det antika havet som en gång separerade Europa och Afrika). Cordilleran ophioliter är karakteristiska för de som förekommer i bergbälten i västra Nordamerika ("Cordillera" eller ryggraden på kontinenten). Dessa ophioliter sitter på subduktionszon-accretionära komplex (subduktionskomplex) och har ingen koppling till en passiv kontinentala marginal. De inkluderar Coast Range ophiolite i Kalifornien, Josephine ophiolite i Klamath Mountains (Kalifornien, Oregon) och ophioliter i södra Andes i Sydamerika. Trots deras skillnader i placeringssätt är båda typerna av ophiolit uteslutande av SSZ-ursprung.

Baserat på förekomstsätt verkar de neoproterozoiska ophioliterna visa egenskaper hos både MORB-typ och SSZ-typ ophioliter och klassificeras från äldsta till yngsta i: (1) MORB intakt ophioliter (MIO), (2) uppdelade ophioliter (DO), och (3) bågassocierade ophioliter (AAO) (El Bahariya, 2018). Sammantaget faller de undersökta ophioliterna i Central Eastern Desert (CED) i två grupper, MORB eller BABB och SSZ ophioliter. De är rumsligt och temporärt oberoende, och därför verkar det troligt att de två typerna inte är petrogenetiskt relaterade. Ophiolites förekommer i olika geologiska inställningar, och de representerar förändring av ofioliternas tektoniska inställning från MORB till SSZ med tiden.

Bildande och placering

Ophiolites har identifierats i de flesta av världens orogena bälten . Två komponenter i bildandet av ophiolit är emellertid under debatt: sekvensens ursprung och mekanismen för placering av ophioliter. Emplacement är processen för sekvensens upplyftning över kontinentalskorpa med lägre densitet.

Ursprung som havskorpa

Flera studier stöder slutsatsen att ophioliter bildades som oceanisk litosfär . Studier av seismisk hastighetsstruktur har gett det mesta av den nuvarande kunskapen om havskorpans sammansättning. Av denna anledning genomförde forskare en seismisk studie på ett ofiolitkomplex ( Bay of Islands, Newfoundland ) för att upprätta en jämförelse. Studien drog slutsatsen att oceaniska och ophiolitiska hastighetsstrukturer var identiska och pekade på ursprunget till ophiolitkomplex som havskorpa. Observationerna som följer stöder denna slutsats. Stenar med ursprung på havsbotten visar kemisk sammansättning som kan jämföras med oförändrade ophiolitskikt, från primära kompositionselement såsom kisel och titan till spårämnen. Havsbotten och ophiolitiska bergarter delar en låg förekomst av kiseldioxidrika bergarter; de närvarande har en hög natrium- och låg kaliumhalt. Temperaturgradienterna för metamorfosen av ophiolitiska kuddelavor och vallar liknar de som finns under havsryggar idag. Bevis från metallmalmfyndigheter som finns i och nära ophioliter och från syre- och väteisotoper antyder att passage av havsvatten genom het basalt i närheten av åsar upplöstes och bar element som fälldes ut som sulfider när det uppvärmda havsvattnet kom i kontakt med kallt havsvatten . Samma fenomen inträffar nära havsryggar i en formation som kallas hydrotermiska ventiler . Den sista bevislinjen som stöder ofioliternas ursprung som havsbotten är sedimentbildningsområdet över kuddlavaerna: de deponerades i vatten över 2 km djupt, långt bort från sediment från land. Trots ovanstående observationer finns det inkonsekvenser i teorin om ophioliter som havskorpa, vilket antyder att nygenererad havskorpa följer hela Wilson-cykeln innan den placeras som en ophiolit. Detta kräver att ophioliter är mycket äldre än de orogenier som de ligger på, och därför gamla och kalla. Emellertid har radiometrisk och stratigrafisk datering visat att ophioliter har genomgått placering när de är unga och heta: de flesta är mindre än 50 miljoner år gamla. Ophiolites kan därför inte ha följt hela Wilson-cykeln och betraktas som atypisk havskorpa.

Ophiolite placering

Det finns ännu inget samförstånd om mekanismen för placering, den process genom vilken oceanisk skorpa lyfts upp på kontinentala marginaler trots den relativt låga densiteten hos den senare. Alla placeringsförfaranden delar ändå samma steg: subduktionsinitiering , tryckning av ofioliten över en kontinental marginal eller en överordnad platta vid en subduktionszon och kontakt med luft.

Hypoteser

Placering med oregelbunden kontinental marginal

En hypotes baserad på forskning utförd på Bay of Islands-komplexet i Newfoundland antyder att en oregelbunden kontinental marginal som kolliderar med ett öbågskomplex orsakar ofiolitgenerering i en bakbågsbassäng och bortförande på grund av kompression. Den kontinentala marginalen, odlingar och återinträde längs dess längd, är fäst vid den subducerande oceaniska skorpan, som sjunker bort från den under öbågskomplexet. När subduktionen äger rum konvergerar den flytande kontinenten och öbågskomplexet och kolliderar initialt med odden. Emellertid är oceanisk skorpa fortfarande vid ytan mellan odden och har inte subducerats under öns båge ännu. Den subducerande oceaniska skorpan tros dela sig från den kontinentala marginalen för att hjälpa subduktion. I händelse av att gräftens återgång är större än den för öbågskomplexets progression, kommer trench-rollback att äga rum, och följaktligen kommer förlängning av den övergripande plattan att ske för att tillåta öbågskomplexet att matcha trench retreatets hastighet. Förlängningen, ett bakbågsbassäng, genererar havsskorpa: ophioliter. Slutligen, när den oceaniska litosfären är helt subducerad, blir bågkomplexets utvidgningsregim kompression. Den heta, positivt flytande havsskorpan från förlängningen kommer inte att subducera, utan istället för bort på öbågen som en ophiolit. När kompressionen kvarstår placeras ophioliten på den kontinentala marginalen.

Ophiolites som fångad underarm

Ophiolitgenerering och subduktion kan också förklaras, som föreslagits från bevis från Coast Range ophiolite i Kalifornien och Baja California, genom en förändring av subduktionsplats och polaritet. Oceanisk skorpa fäst vid en kontinental marginal under en öbåge. Pre-ophiolitisk havskorpa genereras av ett bakbågsbassäng. Kollisionen mellan kontinenten och öbågen initierar en ny subduktionszon vid bakbågsbassängen och doppar i motsatt riktning som den första. Den skapade ophioliten blir spetsen på den nya subduktionens underarm och lyfts upp (över den accretionära kilen) genom avskiljning och kompression. Verifiering av de två ovanstående hypoteserna kräver ytterligare forskning, liksom de andra hypoteserna som finns i aktuell litteratur om ämnet.

Konceptets ursprung och utveckling

Uttrycket ophiolite härstammar från publikationer av Alexandre Brongniart 1813 och 1821. I den första använde han ophiolite för serpentinitstenar som hittades i storskaliga breccias som kallades mélanges . I den andra publikationen utvidgade han definitionen till att omfatta en mängd vulkaniska bergarter så som gabbro , diabas , ultramafiska och vulkaniska bergarter. Ophiolites blev således ett namn för en välkänd förening av stenar som förekommer i Alperna och Apenninerna i Italien. Efter arbete i dessa två bergssystem definierade Gustav Steinmann vad som senare blev känt som "Steinmann Treenighet": blandningen av serpentin , diabas - spillit och chert . Erkännandet av Steinmann-treenigheten tjänade år senare till att bygga upp teorin kring havsbottenspridning och plåtektonik . En viktig iakttagelse av Steinmann var att ophioliter var associerade med sedimentära bergarter som reflekterade tidigare djuphavsmiljöer. Steinmann själv tolkade ophioliter (treenigheten) med hjälp av geosyncline- konceptet. Han hävdade att alpina ophioliter var "undervattensutgjutningar som utfärdades längs tryckfel i den aktiva flanken av en asymmetriskt förkortande geosynklin". Den uppenbara bristen på ofioliter i de peruanska Anderna , Steinmann teoretiserade, berodde antingen på att Andeserna föregicks av en ytlig geosynklin eller bara representerade marginalen för en geosynklin. Således skulle Cordilleran-typ och alpintyp vara annorlunda i detta avseende. I Hans Stilles modeller kännetecknades en typ av geosynklin som kallades eugeosynkliner genom att producera en "initial magmatism" som i vissa fall motsvarade ofiolitisk magmatism.

I takt med att plattektonisk teori rådde i geologi och geosynklinteori blev föråldrade tolkades ophioliter i det nya ramverket. De kändes igen som fragment av oceanisk litosfär , och vallar betraktades som ett resultat av utvidgad tektonik vid mitten av havets åsar . De plutoniska stenarna som hittades i ophioliter uppfattades som rester av tidigare magmakamrar.

1973 revolutionerade Akiho Miyashiro de vanliga uppfattningarna om ophioliter och föreslog ett öbågsursprung för den berömda Troodos Ophiolite på Cypern och argumenterade för att många lavor och vallar i ophioliten hade kalkkaliska kemikalier .

Anmärkningsvärda ophioliter

Se även: Lista över ophioliter
En kuddelava från en ophiolitsekvens, norra Apenninerna , Italien

Exempel på ophioliter som har varit inflytelserika i studien av dessa bergarter är:

Anteckningar

Referenser

  • Ben-Avraham, Z. et al. (1982) "Emplacement of ophiolites by collision," Journal of Geophysical Research: Solid Earth (1978–2012) 87, nr. B5, 3861–3867.
  • Brongniart, A. (1813) Essai de klassificering minéralogique des roches mélangées, Journal des Mines, v. XXXIV, 190–199.
  • Cawood, PA och G. Suhr (1992) "Generation and obduction of ophiolites: constraints from the Bay of Islands Complex, western Newfoundland," Tectonics 11, no. 4, 884–897.
  • Church, WR och RK Stevens (1970) Tidiga paleozoiska ofiolitkomplex i Newfoundland Appalachians som mantel-oceaniska skorpesekvenser, Journal of Geophysical Research, 76, 1460–1466
  • Coleman, RG (1977) Ophiolites: Ancient Oceanic Lithosphere? , Springer Verlag, 229 sid
  • Dilek, Y. (2003). "Ophiolite-konceptet och dess utveckling" (PDF) . I Dilek, Y .; Newcomb, S. (red.). Ophiolite koncept och utvecklingen av geologisk tanke . Specialpapper 373. Geological Society of America. s. 1–16. ISBN 978-0813723730. Hämtad 30 december 2014 .

El Bahariya, GA, 2018. Klassificering av de neoproterozoiska ophioliterna i Central Eastern Desert, Egypten baserat på fältgeologiska egenskaper och förekomstläge. Arabian Journal of Geosciences, 11: 313.

  • Encarnacion, J. (2004) Multipel ophiolitgenerering bevarad i norra Filippinerna och tillväxten av ett öbågskomplex, Tectonophysics, 392, 103–130
  • Gass, IG (1968) Är Troodos-massivet på Cypern ett fragment av mesozoisk havsbotten? , Natur, 220, 39–42
  • Kearey, P. et al. (2009) "Global Tectonics", New Delhi: John Wiley & Sons.
  • Mason, R. (1985) "Ophiolites," Geology Today 1, nr. 5, 136–140.
  • Metcalf, RV och JW Shervais, (2008) Supra-Subduction Zone (SSZ) Ophiolites: Finns det verkligen ett "Ophiolite Conundrum"? i James E. Wright och John W. Shervais, redaktörer, Ophiolites, Arcs och Batholiths: A Tribute to Cliff Hopson , Geological Society of America Special Paper 438, s. 191–222, doi : 10.1130 / 2008.2438 (07)
  • Manas, M., Mukherjee, BK & Dubey, RK Icke-silikatnålar och metaller i peridotiter från Himalaya ophiolit, västra Ladakh, Indien: bevis på djupt ursprung från jorden. Int J Earth Sci (Geol Rundsch) (2021). https://doi.org/10.1007/s00531-021-02086-w
  • Moores, EM; Vine, FJ (1971). "Troodos-massivet, Cypern och andra ophioliter som havskorpa: utvärdering och konsekvenser". Filosofiska transaktioner från Royal Society of London . 268A (1192): 443–466. Bibcode : 1971RSPTA.268..443M . doi : 10.1098 / rsta.1971.0006 . S2CID  123073208 .
  • Moores, EM (1982). "Ursprung och placering av ophioliter". Recensioner av geofysik . 20 (4): 735–760. Bibcode : 1982RvGSP..20..735M . doi : 10.1029 / rg020i004p00735 .
  • Moores, EM (2003) En personlig historia om ophiolitkonceptet , i Dilek and Newcomb, redaktörer, Ophiolite Concept and the Evolution of Geologic Thought , Geological Society of America Specialpublikation 373, 17–29
  • Shervais, JW (2001). "Födelse, död och uppståndelse: Livscykeln för Suprasubduction Zone Ophiolites" . Geokemi, geofysik, geosystem . 2 (1): 1010. Bibcode : 2001GGG ..... 2.1010S . doi : 10.1029 / 2000gc000080 .
  • Salisbury, MH; Christensen, NI (1978). "Den seismiska hastighetsstrukturen för en korsning genom Bay of Islands ofiolitkomplex, Newfoundland, en exponering av oceanisk skorpa och övre mantel". Journal of Geophysical Research: Solid Earth . 83 (B2): 805–817. Bibcode : 1978JGR .... 83..805S . doi : 10.1029 / jb083ib02p00805 .
  • Şengör, Celâl (1982). "Klassiska teorier om orogenes". I Miyashiro, Akiho ; Aki, Keiiti; Şengör, Celâl (red.). Orogeni . John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-103769.
  • Şengör, AMC ; Natal'in, BA (2004). "Phanerozoic Analogues of Archean Oceanic Basement Fragments". I Kusky, TM (red.). Precambrian Ophiolites and Related Rocks . Utvecklingen inom prekambriansk geologi. 13 . ISBN 978-0-444-50923-9.
  • Steinmann, G. (1927) Die ophiolitischen Zonen in den mediterranen Kettengebirgen , översatt och omtryckt av Bernoulli och Friedman, i Dilek och Newcomb, redaktörer, Ophiolite Concept and the Evolution of Geologic Thought , Geological Society of America Specialpublikation 373, 77–91
  • Vine, FJ; Matthews, DH (1963). "Magnetiska anomalier över havsryggar". Natur . 199 (4897): 947–949. Bibcode : 1963Natur.199..947V . doi : 10.1038 / 199947a0 . S2CID  4296143 .
  • Wakabayashi, J .; Dilek, Y. (2000). "Rumsliga och tidsmässiga förhållanden mellan ophioliter och deras metamorfa sulor: ett test av modeller av ophiolitgenes i underarmen". Special Papers-Geological Society of America : 53–64.
  • Wakabayashi, J .; Dilek, Y. (2003). "Vad utgör" emplacement "av en ophiolit ?: Mekanismer och förhållande till subduktionsinitiering och bildning av metamorfa sulor". Geological Society, London, Specialpublikationer . 218 (1): 427–447. Bibcode : 2003GSLSP.218..427W . doi : 10.1144 / gsl.sp.2003.218.01.22 . S2CID  131588528 .

externa länkar