|
קומטיט
קוֹמטיט (הגייה מדויקת קוֹמָטִיאִיט) הוא סלע געשי אולטרה-מאפי שמקורו במעטפת, אם כי חלק מהסלעים שנתגלו הם תת-געשיים עד פלוטוניים. הקומטיט נתגלה ב-1965 על ידי האחים מוריס וריצ'רד ויליוֹאֵן (Morris and Richard Viljoen)[1][2] באזור הרי ברברטון מקונג'ווה בפרובינציית מפומלנגה בדרום אפריקה, והוא קרוי על שם המיקום המייצג של הסלע לאורך הנהר קומאטי (Komati River). תכולת הצורן, האשלגן והאלומיניום בקומטיטים נמוכה ותכולת המגנזיום גבוהה עד גבוהה מאוד. הקומטיטים הם סלעים נדירים ביותר, והופעתם מוגבלת כמעט רק לסלעים שנוצרו בעידן הארכאיקון, יחד עם מעט קומטיטים מעידן הפרוטרוזואיקון או עידן העל של הפנרוזואיקון (אם כי סלעי למפרופיר עשירים מאוד במגנזיום ידועים מעידן המזוזואיקון). הסיבה להגבלה בגיל הסלעים קשורה להתקררות מעטפת כדור הארץ, שככל הנראה הייתה הטמפרטורה שלה במהלך תחילת עד אמצע עידן הארכאיקון (לפני 3.8 מיליארד שנים עד לפני 2.8 מיליארד שנים) גבוהה בכ-500°C בהשוואה לימינו. כדור הארץ הקדום יצר חום רב יותר כתוצאה מחום שיורי בעת ההתקבצות שיצרה את כוכב הלכת, כמו גם שפע רב יותר של יסודות רדיואקטיביים. תפוצת סלעי הקומטיט מוגבלת לאזורים של שילד מהארכאיקון. סלעים קומטיטיים מתקיימים יחד עם סלעים געשיים מאפיים ואולטרה-מאפיים עשירים במגנזיום בחגורות הירוקות מהארכאיקון. יוצאי דופן הם הסלעים הקומטיטיים מהאי גורגונה על הרמה הגעשית הקריבית-קולומביאנית באוקיינוס השקט מול חופה המערבי של קולומביה, שגילם נאמד ב-90 מיליון שנים בלבד. הסלע העתיק ביותר שנתגלה על פני כדור הארץ נכון ל-2013 הוא אמפיבוליט עם סילים של קומטיט מהחגורה הירוקה של נובואגיטטוק (Nuvvuagittuq greenstone) על חופי מפרץ הדסון בקנדה.[3][4] פטרולוגיה למגמות של הרכב קומטיטי יש נקודת התכה גבוהה מאוד, כאשר הטמפרטורה שלהן בשעת ההתפרצות עלתה על 1,600°C.[6] לשם השוואה, הטמפרטורות של לבות בזלתיות נעות בין 1,100°C ל-1,250°C. נקודת ההתכה הגבוהה יותר הנדרשת לייצור קומטיט יוחסה למפל הגאותרמי בכדור הארץ של עידן הארכיאוקון. הלבה הקומטיטית התנהגה ככל הנראה כנוזל סופר-קריטי (בעל צמיגות של גז אבל צפיפות של סלע) בעת ההתפרצות. בהשוואה ללבה בזלתית של תימרת המעטפת של הרי הגעש של הוואי שהטמפרטורות שלה נעה סביב 1,200°C, והזורמת על פני השטח בדומה לסירופ או לדבש, הלבה הקומטיטית זרמה במהירות רבה על פני השטח, והותירה מאחוריה קילוחי לבה דקים מאוד (עד לעובי של 10 מ"מ). הרצפים הקומטיטיים העיקריים שנשמרו בסלעי הארכיאוקון הם לכן צינורות לבה, אגמי לבה וכו', מקומות שבהם הצטברה הלבה הקומטיטית. הכימיה של סלעי הקומטיט שונה מהכימיה של מגמות בזלתיות ומגמות נפוצות אחרות שמקורן במעטפת, בשל ההבדל במעלות של ההתכה החלקית.[7] מעריכים שקומטיטים נוצרו כתוצאה מרמות גבוהות של התכה חלקית, בדרך כלל מעל ל-50%, ומכאן שיש בהם אחוז גבוה של MgO (תחמוצת מגנזיום) וריכוזים נמוכים של K2O ויסודות בלתי תואמים. קימברליט, סלע יסוד נוסף עשיר במגנזיום, עשיר יחסית באשלגן וביסודות בלתי תואמים אחרים, ומקובלת כיום השערה כי נוצר כתוצאה מאחוז נמוך של התכה חלקית בעזרת מים (התכת שטף) ופחמן דו-חמצני. הגאוכימאים מחלקים את הסוגים השונים של סלעי קומטיט לארבע מחלקות:
מחלקות קומטיטים אלו מייצגות שוני פטרולוגי אמיתי במקור בו נוצרו הקשור לעומק של יצירת הנתך. ניסויים בהתכה הוכיחו כי קומטיטים דלים באלומיניום נוצרו ברמות גבוהות של התכה חלקית של מעטפת מיוממת תחת לחץ נמוך שבה הפירוקסנים נושאי האלומיניום שבמקור לא הותכו, בעוד שקומטיטים שאינם דלים באלומיניום נוצרו ברמות גבוהות של התכה חלקית בעומק רב, שבו הותך הפירוקסן העשיר באלומיניום. המגמטיות[10] של בוניניט דומה למגמטיות של קומטיט, אבל היא מונעת יותר מהתכה המושפעת ממעבר נוזלים נדיפים מעל אזור הפחתה מאשר מהתכה המונעת מירידת לחץ. סלעי בוניטיט שבהם 10%-18% של MgO נוטים להכיל יותר יסודות ליתופילים בעלי יונים גדולים (large-ion lithophile elements או בראשי תיבות LILE) (בריום, רובידיום וסטרונציום) מאשר קומטיטים. מחקר גילה כי מאגמה קומטיטית שימשה מקור לבזלת תולאיטית המצויה יחד עם קומטיט. המחקר קושר בין שני סוגי הסלעים בחגורה הירוקה של חבל קרליה בצפון מערב רוסיה. מינרלוגיה קומטיט מורכב מאוליבין פורסטריטי (Fo90 ומעלה) פירוקסן סידני ולעיתים קרובות כרומי, אנורתיט (An85 ומעלה) וכרומיט. בדוגמאות רבות של קומטיטים מופיע מורפולוגיה ומרקם של סלע הצטברות. המינרלוגיה הנפוצה של סלע ההצטברות היא של אוליבין פורסטריטי עשיר במגנזיום, אם כי גם הצטברות של גבישי פירוקסן כרומיים אפשרית (אם כי היא נדירה יותר). סלעים געשיים עשירים במגנזיום יכולים להיווצר מהצטברות של פנוקריסטים של אוליבין בנתכים בזלתיים, לדוגמה פיקריט. חלק מהעדות לכך שהקומטיטים אינם עשירים במגנזיום בגלל הצטברות אוליבין היא מרקמית: לחלק מסלעי הקומטיט יש מרקם מיוחד המכונה ספיניפקס (spinifex), מרקם המיוחס להתגבשות המהירה של האוליבין מהנתך העשיר במגנזיום. הוכחה נוספת היא שתכולת ה-MgO של האוליבינים שנוצרה בקומטיטים היא בהרכב הכמעט טהור של פורסטריט, האפשרי במסה רק עקב התגבשות של אוליבין מתוך נתך עשיר במגנזיום. החלק העליון של הסלע בצורת ברקציה או כרית בכמה קומטיטים ששורד במקרים נדירים הוא בעיקר זכוכית געשית שעברה קירור מהיר במגע עם אוויר או מים. מכיוון שהם עברו קירור מהיר הם מייצגים את ההרכב הנוזלי של הקומטיטים, וכך ניתן לאבחן את התכולה של ה-MgO המגיעה עד 32% של MgO. בין הקומטיטים בעלי תכולת המגנזיום הגבוהה ביותר שבהם נשמר המרקם בצורה הטובה ביותר הם אלו של תצורת ולטפרדן (Weltevreden Formation) בחגורת ברברטון (Barberton belt) בדרום אפריקה, שבהם ניתן להסיק מהסלע והרכבי האוליבין על קיומם המקורי של נוזלים שלא הכילו מים כלל[6] המכילים עד 34% של MgO. המינרלוגיה של הקומטיט משתנה באופן שיטתי בחתך סטרטיגרפי של קילוח קומטיט ומשקפת תהליכים מגמטיים שהשפיעו על הקומטיטים במהלך התפרצותם והתקררותם. השינוי המינרלוגי הוא מהבסיס של הסלע המכיל צבר של אוליבין, לאזור גבוה יותר בעל מרקם המכונה ספיניפקס המורכב ממחטי אוליבין ובתנאים אידיאליים גם אזור של מרקם ספיניפקס מפירוקסן, ואזור עשיר באוליבין שהתקרר במהירות על השכבה העליונה של יחידת הקילוח. המונח "מרקם ספיניפקס" (spinifex texture) קרוי על שם סוג שיחים מאוסטרליה (spinifex)[11] ממשפחת הדגניים הגדלים לאורך החופים במקבצים שצורתם דומה למרקם הסלע. המינרלים העיקרים המצויים בקומטיט כוללים אוליבין, הפירוקסנים: אוגיט, פיג'וניט וברונזיט, פלגיוקלז, כרומיט, אילמניט ולעיתים רחוקות אמפיבול פראגסיטי. המינרלים המשניים (המותרים) כוללים סרפנטין, כלוריט, אמפיבול פלגיוקלז נתרני, קוורץ, תחמוצות ברזל ולעיתים רחוקות פלוגופיט, בדלייאיט וגארנט מהסוגים פירופ והידרוגרוסולר. התמרהכל הקומטיטים הידועים עברו התמרה, ולכן היה צריך טכנית לכנותם "מטאקומטיט".[12] בשל התמרה נפוצה זו משקפת המינרלוגיה של הקומטיט את הכימיה המקורית של המאגמה, ואת הכימיה של נוזלי ההתמרה שהשפיעו על הסלעים. בשל תהליכי התמרה ומטאסומטיזם עוברים קומטיטים בדרך כלל שינוי גדול תוך כדי תהליכים של סרפנטיניזציה וקרבוונציה. כתוצאה מכך מתרחשים שינויים משמעותיים במינרלוגיה של הקומטיטים והמרקם המקורי נשמר לעיתים רחוקות. הידרציה מול קרבוונציההמינרלוגיה של הסלע עקב ההתמרה של סלעים אולטרה-מאפיים, בייחוד קומטיט, נקבעת על ידי הרכב הסלע רק בחלקה. הרכב הנוזלים הכלואים בסלע במהלך התמרה בטמפרטורה נמוכה, בין אם מדובר בהתמרה מתקדמת (תנאי חום ולחץ מתגברים) או בהתמרה נסוגה (תנאי ירידה של חום ולחץ), קובע את צבר המינרלים במטאקומטיט (מכאן ואילך כל התייחסות לקומטיט היא בעצם למטאקומטיט). הגורם הקובע את צבר המינרלים הוא הלחץ החלקי של הפחמן הדו-חמצני בתוך נוזל ההתמרה, המכונה XCO2. אם XCO2 הוא מעל 0.5, התגובות הכימיות של ההתמרה גורמת ליצירת טלק, מגנזיט (פחמת המגנזיום), ואמפיבול מסוג טרמוליט. תגובות אלו מסווגות כתגובות קרבונציית טלק. במקרה שה-XCO2 נמוך מ-0.5, התגובות הכימיות בנוכחות מים גורמת ליצירת סרפנטיניט. לפיכך קיימים שני סוגים של קומטיט מותמר, קומטיט שעבר קרבוונציה וקומטיט שעבר מיום (הידרציה). קומטיטים ופרידוטיטים שעבר קרבוונציה יוצרים סדרת סלעים בהם בולטים המינרלים כלוריט, טלק, מגנזיט או דולומיט וטרמוליט. במקבצי סלעים שעברו התמרה מיוממת בולטים המינרלים כלוריט, סרפנטין-אנטיגוריט וברוציט. ניתן גם למצוא גם כמויות זעירות של טלק, טרמוליט ודולומיט, אבל הם נדירים מאוד משום שלא היה פחמן דו-חמצני בנוזלי ההתמרה. בהתמרה מתקדמת יותר בולטים המינרלים אנתופיליט, אנסטטיט, אוליבין ודיופסיד משום שמסת הסלע עוברת דהידרציה (ייבוש). שינויים מינרלוגיים בפצייס קילוח הקומטיטקומטיט נוטה להתגבש הדרגתית מהרכבים עשירים במגנזיום בתחתית הקילוח שבו מצטבר אוליבין להרכבים עניים במגנזיום במעלה הקילוח. לכן המינרלוגיה הנוכחית לאחר התמרה של הקומטיט תשקף את הכימיה המקורית, המייצגת את הפאצייס הגעשי והמיקום הסטרטיגרפי. המינרלוגיה של ההתמרה הטיפוסית היא מינרלוגיה של טרמוליט-כלוריט או של טלק-כלוריט באזורים העליונים במרקם הספיניפקס. בתחתית הקילוח העשירה יותר באוליבין העשיר במגנזיום כמעט ואין טרמוליט וכלוריט ובולטים בה המינרלים מקבוצת הסרפנטין-ברוציט +/- אנתופיליט אם ההתמרה הייתה מיוממת, או טלק-מגנזיט אם ההתמרה כללה קרבוונציה. בפאצייס של החלק העליון בקילוח בולטים המינרלים טלק, כלוריט, טרמוליט ואמפיבולים מגנזיים אחרים (אנתופיליט, קמינגטוניט, גדריט וכו'). לדוגמה, המינרלוגיה של פאצייס קילוח טיפוסי יכולה להיות:
גאוכימיהניתן לסווג את הקומטיט על פי המאפיינים הגאוכימיים הבאים:
הסיווג הגאוכימי דלעיל חייב להיות באופן עקרוני הכימיה של המאגמה שלא עברה שינויים ולא תוצאה של הצטברות גבישים (כמו בפרידוטיט). הכימיה משתנה בטור הסטרטיגרפי של קילוח קומטיט אופייני בהתאם להתגבשות ההדרגתית המתרחשת לאחר ההתפרצות. עקב כך יש בחלק העליון של הקילוח תכולה נמוכה יותר של MgO, כרום וניקל, ובמקביל גידול של אלומיניום, K2O, Na, CaO, ו-SiO2. סלעים בהם יש תכולה גבוהה של MgO יחד עם תכולה גבוהה של K2O, בריום, צזיום, רובידיום וכו', עשויים להיות סלעים מהסוגים למפרופיר, קימברליט וסלעים אולטרה-מאפיים, אשלגניים או אולטרה-אשלגניים. מורפולוגיה ותפוצהלחלקו העליון של סלע הקומטיט יש בדרך כלל צורה של ברקציית כרים[13] המתאימה להתפרצות תת-מימית תוך יצירת קרום קשיח מעל לקילוח הלבה, שתחתיו מצטברים צינורות לבה ואגמי לבה בגודל משמעותי. פאצייס של סלעים געשיים קרובים הוא של שכבות דקות יותר המעורבות במשקעים סולפידיים, פצלים שחורים, צור ובזלת תולאיטית. קיימת מחלוקת לגבי השאלה האם קומטיטים נוצרו ממאגמה עשירה יחסית במים. התומכים בטענה זו מוצאים לכך הוכחות בקיומם של סלעי טוף קומטיטיים, ובהיווצרות מינרלים בתהליכים עשירים במים ובגופרית. לעומתם יש חוקרים שטוענים כי המאגמה לא הכילה כלל מים.[14] אנדריו בארי (Andrew Berry), מהמחלקה למדעי כדור הארץ באימפריאל קולג' בלונדון, בחן את יוני הברזל (Fe+3 ו-Fe+2) הכלואים בין גבישי האוליבין שבקומטיט ומצא כי הם לא עברו התחמצנות שהייתה צפויה לו המאגמה המקורית הייתה כוללת מים.[6] מאפייני המרקםהמרקם הנפוץ המאפיין את הקומטיטים מכונה "מרקם ספיניפקס"[15] והוא כולל פנוקריסטים מחטיים ארוכים של אוליבין (או פסאודומורף של מינרלי ההתמרה שהחליפו את האוליבין) הנותנים לסלע, בייחוד על משטחים שעבר בלייה, צורת תבליט של להבים. מרקם ספיניפקס הוא תוצאה של התגבשות מהירה של נוזל שעבר קירור-על. צמיחת הגבישים מעוכבת בשל האופי הנוזל הסופר קריטי של המאגמה היוצרת את הקומטיט ואז מתרחשת בחטף על מנת ליצור את מרקם הספיניפקס. מרקם נוסף, "מרקם האריסיט" (Harrisite texture) על שם המקום בו נתגלה לראשונה - "מפרץ האריס" (Harris Bay) באי רום שבאיים ההברידיים בסקוטלנד, נוצר על ידי התגרענות של גבישים על קרקעית הקילוח. האריסיטים יוצרים מקבצי גבישים של פירוקסן ואוליבין באורך עד מטר.   געשיותמשערים כי המורפולוגיה של הרי הגעש שמהם נפלטה הלבה שיצרה את הקומטיט הייתה של חרוט מגן, האופייני למבנה בזלת גדול, כיוון שבאירוע המגמטי שייצר את הקומטיטים התפרצו פחות חומרים מגנזיים. עם זאת, הזרם ההתחלתי של מרבית המגמה המגנזית יצר תבנית זרימה בערוצים, מניחים הקומטיט נפלט מתוך סדרת סדקים כמזרקות לבה נוזלית מאוד על פני השטח. קילוחי הלבה זרמו במהירות רבה, כשהם מתרכזים במקומות טופוגרפיים נמוכים יותר, ויוצרים ערוצים הבנויים מצבר של אוליבין עשיר ב-MgO שדופנותיהם מצופים ביריעות במרקם ספיניפקס של אוליבין דל יותר ב-MgO ושל פירוקסן. האורך המקסימלי של קילוחי הלבה אינו ידוע, אבל במקומות מסוימים בקנדה ניתן לעקוב אחרי קילוחים מסוימים לאורך קילומטרים ובאוסטרליה נתגלו יחידות קומטיטים באורך של כמה עשרות קילומטרים.[16] על מקור הלבה קיימת מחלוקת. הדעה המקובלת היא שמדובר בלבה מתימרת מעטפת, והדוגמה הבולטת ביותר המאששת דעה זו הם הקומטיטים שבאי גורגונה שמקורם ככל הנראה בתימרת המעטפת שיצרה את הנקודה חמה של איי גלאפגוס. עם זאת, יש חוקרים הטוענים על סמך כמות הסיליקה בחלק מהקומטיטים, הדומה לכמותה בלבה מודרנית היוצרת את הסלע בוניניט, כי מקורם באזורי הפחתה. לשאלת המקור יש חשיבות רבה לגבי המודל של תימרת מעטפת. אם יתברר כי בארכיאקון, שבו הייתה המעטפת חמה יותר מאשר בימינו, אין הוכחות לקיום תימרת מעטפת, על אחת כמה וכמה בימינו אין הצדקה למודל זה.[17] לקילוח לבה קומטיטית טיפוסי יש שישה אלמנטים סטרטיגרפיים קשורים:
יחידות קילוח מסוימות עשויות שלא להישמר בשלמותן, משום שיחידות קילוח הבאות עלולות לסחוף את אזור A של מרקם הספיניפקס. באזורים הרחוקים מהפליטה שבהם הקילוח הולך ונעשה דק עשוי אזור B שלא להתפתח היטב או שלא ייוצר בכלל משום שלא הגיע מספיק נוזל על מנת ליצור אדקומולט. הערוץ והקילוח כוסו אחר כך בבזלת עשירת במגנזיום ובבזלת תולאיטית כאשר אירוע ההתפרצות התפתח לפליטת לבה עשירה פחות במגנזיום. בהמשך, המגמטיות הכוללת תכולת סיליקה גבוהה יותר נוטה ליצור מבנה טיפוסי של חרוט מגן. קומטיטים פלוטונייםהמגמה הקומטיטית צפופה מאוד, צפיפות המגמה ב-28% של MgO היא כ-2,800 ק"ג למ"ק, ומגיעה לפני השטח במקרים מעטים בלבד,[20] ברוב המקרים נאגרת המאגמה בתאי מאגמה עמוק בתוך הקרום. כך למשל גילו מחקרים מודרניים שבוצעו אחרי שנת 2004 שאופיים של מרבית המופעים הקומטיטיים האדקומולטים של אוליבין בקראטון ילגרן באוסטרליה המערבית הם תת-געשיים עד פלוטוניים. בדומה, שינו מחקרים מודרניים את התפיסה לגבי היווצרות מרבצי הניקל של הר קית (Mt Keith) בסמוך לעיירה ליינסטר (Leinster) באוסטרליה המערבית. במקור חשבו החוקרים כי שכבות הקומטיט מייצגות ערוצים עמוקים במיוחד (מעל ל-500 מטרים) שבהם נאגרה לבה קומטיטית במהלך התפרצויות געשיות ממושכות, וכיום מעריכים על סמך קסנוליתים בסלעי האם הפלסייים כי היא זה מחדר של נתך קומטיטי לסלעי הסביבה. מחדרים אלו מכונים "סילים מתועלים" (channelised sills), שנוצרו על ידי הזרקת מאגמה בין שכבות סלע האם והתנפחות של תא המאגמה. ייתכן שמרבצי ניקל בתוך גופים קומטיטיים אדקומולטים של אוליבין, שלכרייתם יש ערך כלכלי, מייצגים ערוץ דמוי סיל שבו נאגרה המאגמה בתא ביניים לפני שהיא התפרצה לפני השטח. חשיבות כלכליתהלבה הקומטיטית מכילה ריכוזים גבוהים יחסית של ניקל, נחושת, זהב ומתכות מקבוצת הפלטינה. בדרכה על פני השטח התיכה הלבה החמה סלעי קרום עשירים בגופרית. הנוזלים הסולפידיים המכילים את הניקל, הנחושת ומתכות קבוצת הפלטינה שקעו בקרקעית ערוצי הלבה ויצרו מרבצים סולפידיים.[21] החשיבות הכלכלית של סלע הקומטיט הוכחה לראשונה בתחילת שנות ה-60 של המאה ה-20 כאשר נתגלה המרבץ המסיבי הסולפידי המכיל ניקל בקמבלדה שבאוסטרליה המערבית. מרבצים סולפידיים המכילים ניקל בתוך קומטיטים מהווים כיום מקור לכ-14% מתפוקת הניקל העולמית השנתית, בעיקר מאוסטרליה, קנדה ודרום אפריקה. לאחרונה נתגלו מרבצים מסוג זה גם בשילד של גויאנה. כאמור, המרבצים הסולפידיים מכילים גם נחושת ומתכות יקרות. קומטיט בגופים אחרים של מערכת השמשמכיוון שקומטיטים הם סלעים געשיים מהתקופה הקרובה ליצירת כדור הארץ העלו חוקרים שונים את האפשרות לקיום קומטיטים (או סלעים בהרכבים דומים לקומטיט) בגופים נוספים במערכת השמש. הרשימה להלן היא סיכום של ההשערות בנושא.
לקריאה נוספת
קישורים חיצוניים
הערות שוליים
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
