ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΠΥΡΙΓΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η μελέτη των πυριγενών πετρωμάτων αποτελεί ένα από τους βασικότερους κλάδους της Γεωλογίας. Όλα τα πετρώματα που βλέπουμε στην επιφάνεια της γης σε κάποιο στάδιο της εξέλιξης τους εμπεριέχουν πυριγενείς διαδικασίες. Κάθε μεταμορφωμένο και ιζηματογενές πέτρωμα μας παραπέμπει σε μια πυριγενή πηγή.

Βowen και Harker – μελέτη των γενετικών σχέσεων των πυριγενών πετρωμάτων. Δίνεται έμφαση στην κατανόηση της διαφοροποίησης ενός τήγματος (μάγμα) η οποία οδηγεί σε διαφορετικά πετρώματα. Εφαρμοσμένη πετρογένεση – μελέτη πυριγενών για τη λήψη πληροφοριών και εξαγωγή συμπερασμάτων για διαδικασίες βάθους (φλοιός, άνω μανδύας) – ορυκτολογική, χημική σύσταση μανδύα.

Tuttle & Bowen (1958) – Origin of granite in the light of experimental studies in the system NaAlSi3O8-KAlSi3O8-SiO2-H2O. Πρόσθεση νέων συστατικών, πιο πολύπλοκα συστήματα. Φυσικά πετρώματα ως αρχικά υλικά πειραμάτων τήξης.

ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗΣ ΠΥΡΙΓΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Μελέτη γένεσης των πυριγενών πετρωμάτων Γένεση μάγματος Διεργασίες που έλαβαν χώρα Πηγή προέλευσης Συνθήκες που επικρατούσαν Διαδικασίες εξέλιξης

ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ Θεωρητική και πρακτική γνώση: Πειραματική εργασία Ορυκτολογίας Πετρογραφίας Γεωχημείας Φυσικοχημείας Πειραματική εργασία Ελεγχόμενη σύνθεση και τήξη πετρωμάτων στο εργαστήριο

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΣ Επιφάνεια Γης Στερεός φλοιός Ασυνέχεια Moho(rovicic) Μανδύας Ασυνέχεια Gutenberg Πυρήνας

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΣ

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΣ

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΣ

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΣ Στερεός φλοιός (Ωκεάνειος – Ηπειρωτικός) Συνήθως 30 – 60 km, παχύτερος στις ηπείρους και λεπτότερος στους ωκεανούς Εξώτατο λεπτό στρώμα ιζηματογενών Γρανιτικό στρώμα (sial) ~10 km, πυκνότητας 2,7 Βασαλτικό στρώμα (sialma ή sima) πυκνότητας 2,8

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΣ (Φλοιός)

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΣ (Φλοιός)

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΣ Λιθόσφαιρα = Φλοιός + ανώτερος μανδύας Ο φλοιός επιπλέει στο μανδύα

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΣ Μανδύας Εξωτερικός ή άνω μανδύας -Ανω τμήμα – εκλογίτης και περιδοτίτης, πυκνότητα 3,5-4 -Κάτω τμήμα – υπερβασικά πλούσια και σε Fe Ασυνέχεια Repetti – 900 km βάθος Εσωτερικός ή κάτω μανδύας - 2990 km βάθος -Αβέβαιη πετρογραφική σύστση, κυρίως ενώσεις Fe

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΗΣ Πυρήνας Υλικό που συμπεριφέρεται μηχανικά ως ρευστό με μεγάλη ακαμψία. Κυρίως Fe και Ni. Σύσταση ίδια με Μετεωρίτες ή Σύσταση ίδια με εκείνη του Ηλίου.

ΜΑΓΜΑ ΚΑΙ ΕΝΔΕΙΞΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΠΑΡΞΗ ΤΟΥ Πρόσφατες εκχύσεις ηφαιστείων Ορυκτά υψηλών θερμοκρασιών Φαινόμενα μεταμόρφωσης επαφής Τρόπος σχηματισμού, μορφή και θέση πυριγενών πετρωμάτων

ΕΞΑΠΛΩΣΗ ΜΑΓΜΑΤΙΚΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Επικρατέστερα πυριγενή είναι ο γρανοδιορίτης (πλουτωνίτης) και ο βασάλτης (ηφαιστίτης). Τα γρανιτικά είναι 10 φορές πιο διαδομένα από ότι όλα τα λοιπά πλουτωνικά. Τα βασαλτικά είναι 4 φορές πιο διαδομένα από ότι όλα τα λοιπά ηφαιστειακά.

ΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Το μάγμα είναι πολυσύνθετο σύστημα. Αποτελείται από: Μια υγρή φάση (τήγμα) Ένα αριθμό στερεών φάσεων (κρύσταλλοι) Αέριες φάσεις. Η υγρή φάση αποτελείται κυρίως από πυριτικά συστατικά. Ισχυρά συμπαγείς δομές από SiO4 και AlO4 βρίσκονται στην υγρή φάση. Σύσταση μάγματος Πτητικά συστατικά (H20, CO2, N2, H2, H2S, SO2, HCl, HF, Cl, F κλπ).

ΙΞΩΔΕΣ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Πολυμερισμός τετραέδρων (Si,Al)O4 – σχηματισμός «μακρομορίων». Σχέση SiO2 με ιξώδες. Χαμηλό ιξώδες – νησοπυριτικά, ινοπυριτικά. Μεγάλο ιξώδες – τεκτοπυριτικά. Βασικής συστάσεως (βασαλτικά) μάγματα έχουν χαμηλό ιξώδες. Οξινης συστάσεως (γρανιτικά) μάγματα έχουν μεγάλο ιξώδες.

ΙΞΩΔΕΣ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Νερό – αποπολυμερισμός «μακρομορίων» - ελάττωση ιξώδους. Ελάττωση ιξώδους με αύξηση της θερμοκρασίας. Ιξώδες – ταχύτητα διάχυσης και κρυστάλλωσης (ζωνώδη πλαγιόκλαστα κυρίως στα όξινα). Ιξώδες – διαφορισμός μάγματος λόγω βαρύτητας (σωρειτικά πετρώματα στα βασικά μάγματα). Αύξηση ιξώδους – αύξηση τάσης δημιουργίας υάλου (οψιδιανός, περλίτης).

ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Μετρήσεις από λάβες. 700 – 1200 oC. Μετρήσεις από ορυκτά (γεωθερμόμετρα). Μετατροπή μορφών χαλαζία, μετατροπή πράσινης σε οξυκεροστίλβη (750 oC), διάσπαση βιοτίτη (850 oC), χημική σύσταση ορυκτών κ.α). Μεταμόρφωση επαφής. Ρευστά εγκλείσματα. Εργαστηριακές πειραματικές μετρήσεις. Διαμεικτικά φαινόμενα.

ΧΡΟΝΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΣΗΣ Ο χρόνος κρυστάλλωσης εξαρτάται: Από τη σύσταση του μάγματος. Το μέγεθος της μαγματικής εστίας. Το βάθος που βρίσκεται. Ο χρόνος κρυστάλλωσης ενός μεγάλου βαθυλίθου υπολογίστηκε σε 10 εκ. χρ. Συνδυασμός γεωχρονολογήσεων και γεωλογικών παρατηρήσεων.

Γένεση μάγματος προκύπτει: ΓΕΝΕΣΗ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Γένεση μάγματος προκύπτει: Από μερική ή ολική τήξη. Από τροποποίηση προϋπάρχοντος. Πρωτογενές μάγμα: -Σταθερή ορυκτολογία, χημεία. -Mg, Cr, Ni – ισορροπία ολιβίνη. -Εξάπλωση – γεωλογικός χρόνος.

ΓΕΝΕΣΗ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Δευτερογενή μάγματα: -Από τροποποίηση πρωτογενών (διαφοροποίηση, μόλυνση, μείξη). Βασαλτικό – γρανιτικό πρωτογενές μάγμα. Οι βασάλτες MORB θεωρούνται μάγματα που έχουν υποστεί κάποιο βαθμό διαφοροποίησης.

ΓΕΝΕΣΗ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Πηγή θερμικής ενέργειας: Ραδιενέργεια. Αλλαγή πίεσης. Μετακίνηση μαζών πετρωμάτων. Μεταφορά θερμότητας από μανδύα.

ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΒΑΣΑΛΤΙΚΟΥ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Βασάλτες: Τα πιο διαδεδομένα ηφαιστειακά πετρώματα. Σταθερή σύσταση στο γεωλογικό χρόνο. Χαρακτηριστικά πρωτογενούς πετρώματος. Γένεση στον ανώτερο μανδύα. Συμπέρασμα: Με μερική τήξη μανδύα προκύπτει βασαλτικό μάγμα. Η μανδυακή σύσταση και οι διεργασίες της μερικής τήξης δεν άλλαξαν σημαντικά με το γεωλογικό χρόνο.

ΓΕΝΕΣΗ ΒΑΣΑΛΤΙΚΟΥ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Η πηγή προέλευσης του βασάλτη μπορεί είναι: -Βασάλτης + υπολειμματικό υλικό. -Περιδοτίτες. -Πυροξενίτες. -Κεροστιλβίτες. -Βασάλτες, γάββροι. -Αμφιβολίτες. -Εκλογίτες

ΓΕΝΕΣΗ ΒΑΣΑΛΤΙΚΟΥ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Ταχύτητα Ρ στο μανδύα 8.0-8.4 km/sec (ορυκτά μανδύα: ολιβίνης, πυρόξενοι ή/και γρανάτης). Επειδή ταχύτητα Ρ στο γάββρο και βασάλτη χαμηλότερη (6.4-7.3 km/sec), αποκλείονται ως πηγές βασαλτικού μάγματος. Αμφιβολίτες και κεροστιλβίτες αποκλείονται λόγω νερού – θα έδιναν μάγματα με περισσότερο νερό από το βασαλτικό μάγμα.

ΓΕΝΕΣΗ ΒΑΣΑΛΤΙΚΟΥ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Συμπέρασμα: Μόνο οι εκλογίτες και οι περιδοτίτες μπορούν να θεωρηθούν ως αρχικά υλικά με τήξη των οποίων θα δημιουργηθεί βασαλτικό μάγμα.

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Εκλογίτης: Μεταμορφωμένο πέτρωμα με γρανάτη και ομφακίτη (Pxc). Προέλευση από βασαλτικό ωκεάνειο φλοιό κατά την κατάδυση. Πιστεύεται ότι για κάθε βασάλτη υπάρχει και αντίστοιχος εκλογίτης.

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Εκλογίτης – ορυκτολογία Pl+Cpx+/-Opx+/-Ol – 0-10 kb. Cpx+Pl+Grt+/-Opx+/-Ol – 10-20 kb. Cpx+Grt+/-Opx+/-Ol – >20 kb.

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Ενδείξεις για την περιδοτιτική σύσταση του άνω μανδύα από μελέτη: Υπερβασικών πετρωμάτων. Βασαλτικών πετρωμάτων. Μετεωριτών. Πειραματικών δεδομένων.

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Υπερβασικά πετρώματα (περιδοτίτες) Αλπικοί περιδοτίτες Ξενόλιθοι (σε κιμπερλίτες, σε αλκαλικούς βασάλτες). Ξενόλιθοι σε κιμπερλίτες. Σύσταση γρανατούχου λερζόλιθου με Οl (>40%), Pxo, Pxc και Grt. Επίσης χαρτσβουργίτη, δουνίτη, πυροξενίτη. Grt – αργιλιούχος φάση.

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Εμπλουτισμένοι Πτωχοί (λιγότερο Al, Ca, Ti, Na, K και μεγαλύτερο Mg/(Mg+Fe) και Cr/(Cr+Al)). Grt-λερζόλιθος (εμπλουτισμένος) - Grt-χαρτσβουργίτης – χαρτσβουργίτης – δουνίτης (πτωχός).

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Ξενόλιθοι σε αλκαλιβασάλτες. Λερζόλιθοι – Sp αντί Grt. Ετερογενείς. Grt-λερζόλιθος: 63% Ol, 30% Pxo, 2% Pxc, 5 % Grt. Sp-λερζόλιθος: 66% Ol, 24% Pxo, 8% Pxc, 2 % Sp.

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Η ορυκτολογική και χημική σύσταση του άνω μανδύα αντιπροσωπεύεται από τη σύσταση των λερζολιθικών ξενολίθων. Ο άνω μανδύας είναι σύνθετος ορυκτολογικά και εξαιρετικά ετερογενής. Σύσταση: SiO2 44%, Al2O3 2%, FeO 8%, CaO 2%, MgO 42%, λοιπά 2%. SiO2+ MgO = 86% - εξήγηση ύπαρξης ολιβίνη και ορθοπυροξένου.

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Γρανατούχοι λερζολιθικοί ξενόλιθοι σε κιμπερλίτες. Σπινελλιούχοι λερζολιθικοί ξενόλιθοι σε αλκαλιβασάλτες. Δύο ζώνες στον άνω μανδύα. Σπινελλιούχοι λερζόλιθοι πάνω από τους γρανατούχους λερζόλιθους. Η αλλαγή από σπινέλλιο σε γρανάτη γίνεται με αλλαγή πιέσεως.

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Περιδοτίτες Η ορυκτολογική σύσταση των αλπικών περιδοτιτών (λερζολιθική σύσταση) δείχνει το βάθος προέλευσής τους. Ol+Opx+Cpx+Pl 0-10 kb - Pl-περιδοτίτης Ol+Opx+Cpx+Sp 10-25 kb - Sp-περιδοτίτης Ol+Opx+Cpx+Grt >25 kb - Grt-περιδοτίτης

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Μετεωρίτες Ηλιος = 99.9% της μάζας του ηλιακού συστήματος. Χονδρίτες (με πυριτικά) με σύσταση (Mg, Si, Al, Ca, Fe) παρόμοια μ’ αυτήν του ήλιου. Συμπεραίνεται ότι: 1. >90% (βαρ.) του μανδύα αποτελείται από SiO2, MgO και FeO. 2. Το Al2O3+CaO+Na2O = 5-8%. 3. > 98% του μανδύα αντιπροσωπεύεται από τα παραπάνω 6 οξείδια.

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Πειραματικά δεδομένα Μερική τήξη γρανατούχων ή σπινελλιούχων λερζολίθων δίνει βασάλτη και απομένει δύστηκτος περιδοτίτης ως υπόλειμμα. Πυρολίτης 3 μέρη περιδοτίτη + 1 μέρος βασάλτη

ΦΥΣΗ ΑΡΧΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΑΝΔΥΑ Μοντέλο πυρολίτη (Green & Ringwood) <15km – Pyr = Ol+Pxo+Pxc+Pl+Cr Τήξη δύσκολη – Θολ. Μάγμα+Du ή PerPxc. (MORB) 2. 15-35km – Pyr = Ol+PxAl+Pl 20-25% τήξη – ThOl+Ol+En-Al+Pxc-Ca (MORB). 3. >35km – Pyr = Ol+PxAl-Ca+EnAl <20% τήξη – Αλκαλ. Ολιβ. Βασ.+PxAl+Ol >20% τήξη – Αλκαλ. Ολιβ. Βασ. – ολιβ. Θολεϊίτη. 4. >100km – Pyr = Grt+PxAl+Ol Τήξη δίνει τήγμα (πλούσιο σε Mg και αλκάλεα)+Px+Ol.