Diapiri di cristallo

Sep 18, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13730 (2023) Citare questo articolo

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Il meccanismo, la temperatura e la scala temporale dell’intrusione del granito rimangono controversi, con implicazioni ad ampio raggio per la comprensione delle dinamiche di crescita, differenziazione, reologia e deformazione dei continenti. In questo articolo presentiamo un metodo per determinare la temperatura e la scala temporale della postazione di intrusione utilizzando le caratteristiche dell'aureola metamorfica circostante e lo applichiamo al granito Skiddaw nel nord dell'Inghilterra. La scala temporale stimata della messa in posto (0,1–2 Myr) implica velocità di trasporto del magma di 1–100 mm/anno. Alle frazioni di fusione assenti o basse rilevanti per la nostra temperatura di posizionamento stimata (580–650 \(^{\circ }\)C), tali velocità sono incompatibili con la formazione di plutone mediante iniezioni successive attraverso dicchi. Invece, i nostri risultati indicano l'intrusione di un diapir di slurry ricco di cristalli, che si solidifica prima della messa in posto, con una reologia governata dai cristalli solidi. È probabile che la profondità di messa in posto sia governata dalla reologia dipendente dalla profondità delle rocce circostanti, che si verifica in prossimità della transizione fragile-duttile. Le implicazioni più ampie dei nostri risultati riguardano (1) la consapevolezza che gran parte delle caratteristiche chimiche e strutturali dei plutoni possono riguardare la cristallizzazione pre-posizionamento in profondità, trasportata passivamente a livelli crostali più elevati, e (2) una spiegazione della difficoltà di imaging sismico del plutonismo attivo.

La generazione, il trasporto e la messa in posto dei magmi granitici svolgono un ruolo fondamentale nella differenziazione chimica della crosta continentale, nel trasporto del calore e dei volatili, e quindi nella reologia, deformazione ed evoluzione geologica dei continenti1,2,3. Tuttavia, nonostante la loro diffusa presenza in tutta la crosta continentale, i meccanismi che governano la formazione, il trasporto e la collocazione dei fusi granitici rimangono controversi. L'importanza relativa della fusione della crosta e del mantello è poco conosciuta per la maggior parte delle specie intrusive1,4, e i meccanismi di trasporto e posizionamento sono dibattuti5,6. In questo articolo, ci concentriamo sulla parte finale del viaggio di una fusione granitica molto percorsa: il trasporto attraverso la crosta medio-superiore e la collocazione finale.

Come mezzo per comprendere le dinamiche del trasporto e della messa in posto del granito, stabiliamo la scala temporale e la temperatura di intrusione di un plutone di granito. Queste quantità sono difficili da affrontare mediante l'osservazione delle intrusioni stesse. Ad esempio, la capacità del magma di trasportare cristalli significa che cronometri e termometri possono registrare una cristallizzazione parziale in profondità, piuttosto che un’intrusione, e la natura dell’intrusione esposta all’attuale livello di erosione potrebbe non essere rappresentativa dell’intrusione nel suo insieme. Sviluppiamo quindi un approccio basato sull'utilizzo di osservazioni e modelli di aureole di contatto metamorfiche per stabilire la temperatura e la durata dell'intrusione. Utilizziamo quindi queste quantità, in combinazione con la modellazione degli equilibri di fase e i modelli dinamici, per stabilire i possibili meccanismi di intrusione.

Dimostriamo il nostro metodo utilizzando il granito Skiddaw nel nord dell'Inghilterra (Fig. 1a)7. Il granito fu intruso durante le fasi successive della deformazione “accadiana” del primo Devoniano, che rappresenta la collisione di Avalonia e Baltica con Laurentia in seguito alla chiusura del bacino oceanico di Giapeto8. Le rocce rurali sono le rocce fangose ​​del gruppo Ordoviciano Skiddaw, che in quest'area sono litologicamente omogenee9, e sono state piegate, spaccate e leggermente metamorfosate dalla deformazione acadiana10. Il granito affiora in tre punti, che si pensa siano sul "tetto" di un plutone cilindrico dai lati ripidi. Lo schema cartografico dell'aureola metamorfica (Fig. 1a), e la geometria dell'anomalia gravitazionale prodotta dal plutone11,12, mostrano che il granito deve avere un contorno geometricamente semplice e sottostare ad un \(\sim \) 6 \(\ volte \) Regione di 8 km appena al di sotto dell'attuale livello di erosione.