Batolite della Cornovaglia - Cornubian batholith
Il batolite della Cornovaglia è una grande massa di roccia granitica , formata circa 280 milioni di anni fa, che si trova sotto gran parte della Cornovaglia , la penisola sud-occidentale della Gran Bretagna . Le principali masse di granito esposte sono visibili a Dartmoor , Bodmin Moor , St Austell , Carnmenellis , Land's End e le Isole Scilly . L'intrusione è associata a quantità significative di minerali, in particolare la cassiterite , un minerale di stagno che è stato estratto dal 2000 aC circa. Altri minerali includono argilla cinese e minerali di rame , piombo , zinco e tungsteno .
Prende il nome dalla Cornubia , il nome latino medievale della Cornovaglia.
Estensione e geometria
Un batolite è una grande massa di roccia intrusiva formata dalla cristallizzazione della roccia fusa sotto la superficie terrestre ( magma ). Dalla gravità e dai dati geofisici magnetici , il batolite è interpretato per estendersi da circa 8 ° W, più di 100 km a sud-ovest delle isole di Scilly, fino al bordo orientale di Dartmoor. L'anomalia di gravità negativa, causata dalla densità relativamente bassa dei graniti rispetto alla media crosta continentale , è lineare e andamento WSW-ENE, parallela a quella associata al granito Haig Fras .
La forma del batolite e la relazione tra i singoli plutoni e la massa principale del granito rimasero del tutto speculativi fino a quando i dati sulla gravità non iniziarono ad essere utilizzati per vincolare lo spessore e la forma del batolite mediante la modellazione. Il lavoro iniziale di Martin Bott ha suggerito che il batolite avesse una forma trapezoidale complessiva con una base al batolite a circa 10-12 km. Tuttavia, l'attuale comprensione della forma del plutone in granito suggerisce che la maggior parte sia laccolitica o lopolitica . Confronti con altri esempi suggerirebbero che gli spessori dei singoli plutoni sarebbero compresi tra 3 e 5 km, in base alle loro larghezze di affioramento. Il volume del batolite è stato stimato nel 1989 in circa 68.000 chilometri cubi.
Formazione
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Il batolite della Cornovaglia si è formato durante il periodo del Permiano inferiore, da circa 300 a 275 Ma (milioni di anni fa) in una fase avanzata dell'evento di costruzione delle montagne noto come l' orogenesi variscana come una serie di graniti tardo orogenici . È stato suggerito che lo stiramento della crosta terrestre ( estensione crostale ) abbia permesso ai magmi granitici di spostarsi a livelli più alti nella crosta. Le prove degli isotopi di neodimio e stronzio suggeriscono che i magmi che formavano il batolite erano principalmente il risultato della fusione parziale della crosta inferiore con una componente minore di magma basaltico da una fonte del mantello . È probabile che questa sorgente crostale inferiore fosse costituita da rocce metasedimentarie e metavolcaniche , di età proterozoica (da 2500 milioni a 542 milioni di anni).
Quando la roccia fusa si è raffreddata a circa 1000 gradi Celsius, si è solidificata e cristallizzata e si sono formate delle fratture lungo i giunti verticali. Nel corso del tempo le rocce di ardesia e arenaria che ricoprono il granito sono state erose esponendo il granito in aree come Dartmoor e Bodmin Moor. Anche il granito si è espanso e si sono formati dei giunti orizzontali. Queste giunture sono più chiaramente visibili su pezzi di roccia esposti come i Tors of Dartmoor e Bodmin Moor. Man mano che il granito si erode ulteriormente, rimangono blocchi di granito eroso noto come clitter.
Tempistica
Un'età approssimativa di collocazione per il batolite della Cornovaglia era nota prima che i metodi di datazione radiometrica diventassero comuni, dalle relazioni osservate con le rocce sedimentarie - sia quelle che si erano formate prima dell'intrusione che quelle che erano state stabilite dopo di essa. Le rocce più giovani in cui si intromettono i graniti sono le formazioni carbonifere Crackington e Bealsmill della Namuriana fino all'età della Westfalia inferiore . Ciò fornisce un limite inferiore per la temporizzazione della postazione in granito di circa 310 mA.
Il primo esempio di clasti granitici (frammenti di granito che si sono erosi e sono diventati parte di una nuova roccia sedimentaria) nelle sequenze sedimentarie più giovani proviene dai letti del tardo Permiano di St. Cyres . Questo dà un limite superiore di circa 250 mA.
L'età di postazione dedotta da questa evidenza del tardo carbonifero al primo Permiano è stata confermata dalla datazione radiometrica, sebbene abbia dimostrato che le singole intrusioni sono state collocate in un intervallo di tempo significativo. La prima grande intrusione datata è il plutone di Carnmenellis a 293,1 ± 3 Ma. Il granito datato più giovane è il lobo meridionale del plutone Land's End, intruso a 274,5 ± 1,4 mA. La prima attività magmatica registrata è l'intrusione del piccolo plutone di Hemerdon sul fianco sud-occidentale del plutone di Dartmoor a 298,3 ± 2,3 mA. Non vi è alcuna apparente variazione sistematica nell'età dei plutoni rispetto alla loro posizione all'interno del batolite. Ciò suggerisce che il batolite sia cresciuto dalla coalescenza di una serie di intrusioni separate in un periodo di circa 25 mA.
Meccanismo di piazzamento
Come con tutti i grandi corpi intrusivi, il metodo con cui sono stati collocati i plutoni del batolite è oggetto di dibattito, a causa del problema dello spazio di aggiungere masse così grandi alla crosta superiore. Sono stati proposti quattro meccanismi principali; stoping , diapirismo , faglia estensionale e sollevamento della roccia campestre sovrastante su un davanzale laccolitico con una diga verticale relativamente piccola .
La prova di un meccanismo di arresto è stata descritta localmente dal margine dell'intrusione di Tregonning, dove una serie di fogli intrusivi si estendono dalla zona del tetto dell'intrusione nella roccia campestre. Sebbene un tempo si pensasse che il plutone di Land's End avesse un'origine diapirica, la sua posizione è ora interpretata come adattata dai movimenti di faglia durante l'estensione regionale.
Plutoni
I singoli plutoni che compongono il batolite della Cornovaglia possono essere ampiamente suddivisi in cinque litologie principali: due graniti di mica, moscovite, biotite, tormalina e topazio, ciascuno chiamato per i propri minerali distintivi. I graniti a due miche e muscovite sono più antichi e possono essere trovati nelle isole Carnmenellis, Bodmin e Scilly, mentre i graniti biotite e tormalina più giovani si trovano nei plutoni di Land's End, St. Austell e Dartmoor. I graniti di topazio affiorano nei plutoni di Tregonning, Land's End e St Austell.
Dartmoor
Questa è la più grande area di granito esposta che costituisce anche lo sviluppo più orientale del batolite. Il granito è costituito da due tipi principali, granito a grana grossa con abbondanti megacristalli di feldspato alcalino di grandi dimensioni e granito a grana grossa con pochi megacristalli. A sud-ovest c'è un'area di granito a grana grossa con piccoli megacristalli e diverse piccole esposizioni di granito a grana fine, in particolare nella parte sud-orientale dell'affioramento. L'interpretazione del campo gravitazionale su questo plutone suggerisce che è simile a un foglio con uno spessore di quasi 10 km e una radice all'estremità meridionale che si estende fino a una profondità di circa 17 km, che può rappresentare il condotto che portava il magma alla crosta superficiale livelli. Sembra che sia stato intruso lungo l'interfaccia tra le rocce devoniane e carbonifere. La datazione al piombo dell'uranio della monazite da questa intrusione fornisce un'età di posizionamento di 278,2 ± 0,8 mA e 280,4 ± 1,2 mA.
Bodmin Moor
Il pluton di Bodmin Moor è costituito principalmente da granito a grana grossa con abbondanti piccoli megacristalli. Verso il centro e il margine occidentale dell'affioramento si trovano corpi più piccoli di granito a grana fine. I dati di gravità suggeriscono che questo plutone ha la forma di un cuneo ispessente verso sud-sud-est, raggiungendo un massimo di circa 7 km. La monazite di questo plutone dà un'età di posizionamento di 291,4 ± 0,8 Ma.
St Austell
Il pluton di St Austell è costituito da granito megacrystic a grana grossa con grandi megacristalli alle estremità occidentale e orientale dell'affioramento. Anche la parte centrale del plutone è a grana grossa ma manca dei megacristalli. Tra i graniti a grana grossa centrale megacryst poveri e grandi ricchi di megacryst all'estremità occidentale, si sviluppa un granito a grana media con litio-mica. Corpi più piccoli di granito a grana fine si trovano nella parte centrale dell'affioramento e all'estremità occidentale. I dati sulla gravità indicano che questo plutone è a forma di cuneo simile a quello di Bodmin. La monazite fornisce un'età di posizionamento di 281,8 ± 0,4 mA per questo plutone.
Carnmenellis
Il plutone di Carnmenellis e la più piccola intrusione di Carn Brea sembrano far parte di un unico corpo intrusivo. La parte centrale dell'affioramento del Carnmenellis è un granito a grana media con pochi megacristalli. La maggior parte dell'affioramento principale e le masse di Carn Brea e Carn Marth sono costituite da granito megacrystic a grana grossa con piccoli megacristalli. Piccoli corpi di granito a grana fine si trovano verso ovest dell'affioramento del Carnemellis. La forma di questo plutone è interpretata come un foglio di circa 3 km di spessore con una radice quasi centrale che si estende fino a circa 7 km di profondità. I pozzi a Rosemanowes che si estendono per oltre 2,5 km di profondità hanno mostrato una variazione minima nella composizione petrografica del granito con la profondità in questo plutone. La monazite fornisce un'età di posizionamento di 293,7 ± 0,6 mA per questo plutone.
Tregonning-Godolphin
Il Tregonning Granite e Godolphin Granite sono due distinti corpi di granito sulla costa meridionale della Cornovaglia. Il Tregonning Granite è principalmente un granito di mica di litio a grana media con un corpo di granito a grana fine sviluppato verso il nord-ovest dell'affioramento. Ha una chimica unica e differisce dal granito trovato nei graniti Carnmenellis e Land's End, probabilmente formandosi in modo diverso. Il granito Godolphin è mineralogicamente e chimicamente simile al vicino Granito Carnmenellis, anche se a grana più fine.
Land's End
Il plutone Land's End è principalmente un granito a grana grossa con abbondanti megacristalli di grandi dimensioni. C'è un'area al centro che è povera di megacristalli e ci sono diverse masse di granito a grana fine di piccole e medie dimensioni in tutto l'affioramento. La datazione è stata effettuata su campioni di xenotima e monazite, rispettivamente da un granito a grana fine e dal granito principale a grana grossa. Questi danno un'età di posizionamento di 279,3 ± 0,4 mA per il granito a grana fine e 274,8 ± 0,5 mA per il granito della fase principale. Questa differenza è coerente con il fatto che il granito a grana fine è un tetto pendente per l'intrusione del granito di fase principale a grana grossa.
Isole Scilly
Le isole di Scilly hanno tutte rocce granitiche. Il tipo di roccia dominante è un granito biotite megacrystic, sebbene i megacrysts siano relativamente piccoli. Al centro del plutone si sviluppa un granito a grana media con pochi megacristalli, più tormalina e meno biotite rispetto alla varietà principale. La monazite di questo plutone suggerisce un'età di posizionamento di 290,3 ± 0,6 mA.
Haig Fras
Questo affioramento sottomarino, lungo 45 km, si trova a 95 km a nord-ovest delle Isole Scilly, salendo in un punto fino a 38 m sotto il livello del mare. A differenza della maggior parte dei graniti del batolite della Cornovaglia, i graniti qui sono a grana fine e media e generalmente mancano di megacristalli. È stato intruso a 277 Ma ed è considerato molto probabilmente un corpo invadente separato ma correlato che corre parallelo al batolite della Cornovaglia.
Altre intrusioni
Minori intrusioni granitiche sono presenti in tutta la penisola. In alcuni casi sono stati riconosciuti corpi granitici dalla mineralizzazione soprastante, anche se l'intrusione stessa non è stata riscontrata.
Una serie di piccole intrusioni si riscontrano all'interno della roccia campestre e dei graniti stessi. I tipi comuni sono pegmatiti , apliti ed elvani .
Mineralogia e chimica del granito e di altre rocce
Granito
La roccia principale che forma il batolite è il granito , che si è formato quando il magma si è raffreddato lentamente, coperto da 2–3.000 metri di ardesia e arenaria. Il lento raffreddamento ha dato il tempo alla formazione di cristalli nel granito che sono abbastanza grandi da poter essere visti ad occhio nudo, conferendogli un aspetto granulare. Questi grani sono principalmente di quarzo , feldspato e biotite . Il granito è generalmente a grana grossa e in alcuni punti a grana molto grossa, o pegmatitica (grani più grandi di 3 cm). I grandi fenocristalli , lunghi diversi centimetri, di K-feldspato, sono una caratteristica distintiva.
La chimica e la mineralogia dei graniti variano da un luogo all'altro, ma sono tutti classificati nella classificazione di Chappell & White come di tipo S , il che significa che in definitiva derivano dal protolite di roccia sedimentaria .
Mineralogia
Le intrusioni della Cornovaglia sono per lo più costituite da due miche di granito (contenenti sia muscovite che biotite ). Il granito Li- mica forma un tipo meno comune che si trova solo nel plutone di St. Austell e in alcune intrusioni minori. Molti dei graniti contengono fenocristalli feldspatici alcalini di grandi dimensioni. In alcune località il granito originale è stato modificato per formare un granito portatore di tormalina chiamato luxullianite . Questa tormalinizzazione si è verificata durante le ultime fasi di raffreddamento del granito, poiché feldspato e mica sono stati in parte sostituiti dalla tormalina.
Chimica
I graniti a due miche sono fortemente peralluminosi - hanno un alto rapporto tra ossido di alluminio e ossidi di sodio e potassio. Hanno anche un basso rapporto tra sodio e potassio e un alto livello generale di alcali. I graniti sono altamente arricchiti in litio , boro , cesio e uranio e moderatamente in fluoro , gallio , germanio , rubidio , stagno, tantalio , tungsteno e tallio . Data la chimica generale, anche i livelli di fosforo sono elevati. Lo stronzio, il bario e gli elementi dallo scandio allo zinco sono relativamente esauriti. Questa chimica è coerente con lo scioglimento parziale di una fonte costituita da grovette (una varietà di arenaria). Le condizioni in cui si formano le fusioni sono modellate per essere la temperatura di 770 ° C e una pressione di confinamento di 50 MPa .
Sono state identificate differenze nella chimica tra un gruppo precedente di plutoni (Isole di Scilly, Carnmenellis e Bodmin Moor) e un gruppo successivo (Land's End, St Austell e Dartmoor). Il primo gruppo di graniti contiene più alluminio rispetto al gruppo successivo e ha pendenze più ripide su appezzamenti di cerio contro ittrio . Il gruppo successivo contiene xenoliti microgranitici di base più comuni .
I graniti sono generalmente ricchi di ammonio rispetto ai graniti medi mondiali. C'è anche una notevole variazione tra i singoli plutoni, con una media di 11 ppm per Dartmoor rispetto a 94 ppm per Bodmin Moor. La concentrazione di ammonio in questi graniti si correla bene sia con il loro iniziale 87
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Rapporti Sr e loro peraluminosità . Il contenuto di ammonio relativamente alto è interpretato per indicare che i graniti sono stati derivati da un protolite sedimentario, o sono stati contaminati da tale fonte dopo essere stati collocati ad alti livelli crostali.
Rocce metamorfiche e metasomatiche associate
Intorno ai bordi di molti dei plutoni le rocce del paese sono state trasformate dal calore in un processo noto come metamorfismo da contatto . Gli effetti di questo possono essere visti fino a una distanza di 4 miglia dal granito in un'area chiamata aureola metamorfica. L'effetto di questo processo dipende dal tipo di rocce che sono state riscaldate e dalla loro distanza dall'intrusione. Le rocce sedimentarie a grana fine sono state trasformate in hornfel e minerali come anfibolo , pirosseno . A distanze maggiori dai plutoni, l'unica prova di metamorfismo si trova in queste rocce. Granato sviluppato in rocce calcaree così come anfibolo e pirosseno . Il metamorfismo delle pietre verdi ha generalmente portato alla formazione di orneblenda - rocce di plagioclasio .
Una caratteristica dei graniti del batolite sono le alte concentrazioni di componenti volatili . I fluidi ricchi di questi hanno fortemente influenzato la roccia campestre e localmente i graniti stessi in un processo chiamato metasomatismo. La prima fase riconosciuta è il metasomatismo alcalino (in cui vengono potenziati i componenti alcalini), che si è verificato all'interno e ai margini del granito. Potassio - metasomatismo è stata seguita da sodio -metasomatism. Infine si è verificato il metasomatismo acido (arricchimento dei componenti acidi e esaurimento degli alcali) che ha portato alla formazione di greisen e tormaline.
Formazione minerale
Grandi depositi di minerali si trovano nelle vicinanze del batolite e questi sono stati estratti per migliaia di anni. La zona è famosa per la sua latta sin dal 2000 a.C. circa. I minerali si sono formati quando i fluidi sono sfuggiti lungo le fratture nel granito caldo mentre si raffreddava e si trovano tipicamente nelle vene o lavati nei flussi per formare alluvione . I depositi minerali sono associati a più logge e fratture che scendono ripidamente e tagliano sia i graniti che le rocce campestri. Le capanne minerarie sono lunghe fino a diversi chilometri e sono larghe in media da 0,5 a 3 m.
Fasi di mineralizzazione
Ci sono quattro fasi riconosciute di mineralizzazione associate a diverse condizioni quando il granito si raffredda lentamente. Ogni fase è associata a diverse temperature, depositi economici di diversi metalli e diversi minerali di ganga . Le prime tre fasi sono state collegate all'intrusione e al raffreddamento del batolite, mentre la quarta fase potrebbe essere stata guidata dalla produzione di calore associata a materiali radioattivi nel granito.
- Fase 1 - exoskarns
- La prima fase di mineralizzazione si è verificata durante l'intrusione del granito. L'acqua calda del magma che era ricca di silice, ferro, alluminio e magnesio mescolò e sciolse scisti e metabasali e li convertì in esoskarn in un processo chiamato metasomatismo , in cui la composizione chimica delle rocce viene modificata dall'acqua calda o da altri fluidi. I minerali tipici formati in questo momento includono granato , pirosseno , epidoto , anfiboli ricchi di cloro , malayaite , vesuvianite , siderite e axinite . Gli skarn possono contenere quantità economiche di stagno , rame , ferro e arsenico . Questi minerali si sono formati all'incirca nello stesso periodo della cristallizzazione del plutone a cui sono associati. Le temperature associate a questa fase erano 375-450 ° C.
- Fase 2: vene bordate di greisen e vene e brecce di tormalina
- La seconda fase riconosciuta della mineralizzazione ha comportato la trasformazione del granito da fluidi magmatici tardivi ad alta temperatura ricchi di volatili per formare greisen e tormalina . Vene di cassiterite (ossido di stagno) e wolframite (un minerale contenente ferro, manganese e tungsteno) si trovano associate ai verdi, i primi depositati da alta salinità, bassa CO
2 , fluidi e quest'ultimo da bassa salinità, alta CO
2 fluidi. I moscoviti all'interno dei verdi danno età di raffreddamento simili ai moscoviti magmatici nel granito in questione.
- Fase 3: la fase principale della mineralizzazione
- La terza e principale fase di mineralizzazione si è verificata in una fase successiva ea temperature più basse (200 - 400 ° C) quando l'intrusione di granito si raffreddava. I fluidi circolanti all'interno della roccia campestre hanno fatto fuoriuscire stagno, rame e arsenico e li hanno depositati in vene che generalmente giacciono su un asse est-ovest. Il riempimento tipico di queste vene è quarzo -tourmaline- clorite -sulfide- fluorite , con solfuri di stagno, rame, piombo, zinco, ferro e arsenico. Questa mineralizzazione è di 25-40 Ma più tardi dell'età di intrusione per il plutone di Carnmenellis. Queste vene sono la principale fonte di minerali economicamente utile.
- Fase 4 - percorsi incrociati
- La quarta e ultima fase della mineralizzazione è stata la fase a temperatura più bassa (100 - 170 ° C) ed è associata a vene contenenti più elementi metallici (piombo, zinco, argento e uranio ). Le vene si trovano su un asse nord-sud o nord-ovest-sud-est e sono note come "corsie incrociate" perché intersecano le precedenti vene di tendenza EW. I minerali della ganga includono quarzo, barite e fluorite. Studi sulle inclusioni di fluidi di quarzo hanno dimostrato che i fluidi che causano questo stadio sono simili nella composizione alle salamoie sedimentarie profonde che sono ricche di sodio, calcio e cloro. Questa salamoia proveniva dalle rocce sedimentarie Permo-Triassiche che un tempo ricoprivano l'intera area. Queste rocce sono ancora conservate negli approcci sud - occidentali al Canale della Manica . Le prove dell'influenza dell'acqua di mare suggeriscono che la mineralizzazione non è iniziata fino all'incursione marina del tardo Triassico al più presto. L'elevato flusso di calore dei graniti ha aiutato a guidare la circolazione del fluido.
Cina argilla
Grandi depositi economici di argilla cinese si trovano in luoghi in tutta la penisola sud-occidentale, in particolare Lee Moor sul bordo occidentale di Dartmoor e nel distretto di St Austell. L'argilla cinese è stata formata dall'alterazione dei feldspati in un processo noto come caolinizzazione. C'è ancora un dibattito sull'origine e l'età di questi depositi, ma comunemente si pensa che derivino dalla circolazione dell'acqua meteorica (acqua dalla pioggia o dalla neve) in una fase avanzata durante il raffreddamento del batolite. Una teoria è che la caolinizzazione sia derivata dall'intensa alterazione del supergene in un clima da tropicale a caldo durante il Cretaceo fino al Cenozoico , sulla base di studi di D / H e 18
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O rapporti.
Riferimenti
Fonti
- Selwood, EB; Durrance, EM; Bristow, CM (1998). La geologia della Cornovaglia . Università di Exeter Press. ISBN 978-0-85989-432-6 .
link esterno
- Sito web di Nick LeBoutillier sulla geologia della Cornovaglia
- D.Phil di Nick LeBoutillier. tesi: The Tectonics of Variscan Magmatism and Mineralization in South West England (2002), Vol 1 e Vol 2 .