Dehydration-melting of solid amphibolite at 10 kbar: Textural development, liquid interconnectivity and applications to the segregation of magmas

Summary

Anisotropic crystal structures and rock texture control liquid morphology and distribution during dehydration-melting at 10 kbar in solid cylinders of lineated amphibolite (mode: hornblende 70%, plagioclase 30%), sealed in gold capsules, in piston-cylinder runs ranging from 21 days at 850 °C to 4 days at 1000 °C. The shapes of most liquid pockets are crystallographically-controlled, with many corners having angles greater than 60°. Few crystal/liquid triple junctions develop the interfacial energy-controlled dihedral angles (≡), which form in experiments using finely-ground powders of minerals with poor cleavage. Liquid interconnectivity probably is attained at 875 °C with only 2% liquid, indicating that dihedral angles less than 60° may not be necessary to achieve interconnectivity in partially melted metamorphic rocks. The surfaces between elongated grains in lineated rocks can become pathways for the migration of liquid or the diffusion of components. By 850 °C, hornblende begins to dehydrate at internal nucleation sites, producing a texture of hornblende rims and clinopyroxene cores (generally attributed to hydration of clinopyroxene). Within the temperature interval of 850–900 °C, transient vapor generates layers of low viscosity, H₂O-saturated, granitoid liquid between hornblende and plagiocase crystal faces, potentially capable of segregation if time-temperature relationships are suitable. At higher temperatures the increased liquid fraction is H₂O-undersaturated, with viscosity too high to permit segregation. There is a prospect that segregation of initially hydrous liquids could contribute to the dehydration of low-potassium amphibolites and effectively remove incompatible trace elements during the transition from amphibolite-facies to granulite-facies. Further experiments are needed to study the effects of time and temperature on textures in anisotropic rocks, particularly lineated amphibolites.

Zusammenfassung

Die texturelle Entwicklung von festen Zylindern von Amphibolit (Hornblende 70%, Plagioklas 30%) in Goldkapseln versiegelt, wurde w:⇆rend Dehydrations-Schmelzen bei 10 kbar in einem Piston-Zylinder-Apparat bei Temperaturen von 850°C bis 1000°C für 21 bis 4 Tage untersucht. Die anisotropen Mineralstrukturen und die Gesteinstextur kontrollieren die Morphologie und Verteilung der Schmelze. Diese Parameter sowie der Anteil an Schmelze, bestimmen die Interkonnektivität der Schmelze. Im Gegensatz zu Experimenten, die fein gemahlene Pulver von fast isotropen Mineralen (z.B. Olivin oder Quarz) benützen, scheinen hier die Energieverhältnisse der Kristallstruktur die Energiebeziehungen zwischen den Kristall-Schmelzoberflächen während der texturellen Entwicklung der amphibolitischen Gesteine zu dominieren. Wenige Kristall-Schmelze Triple-Junetions entwickeln zwischen Flächen energie-kontrollierte dihedrale Winkel (θ). Die Formen der meisten Schmelzeinschlüsse sind kristallographisch kontrolliert und viele Ecken zeigen Winkel, die größer als 60° sind. Die Interkonnektivität der Schmelze wird jedoch eindeutig bei 875° C mit nur 2% Schmelze erreicht und könnte möglicherweise auch bei niedrigeren Temperaturen zustande kommen. Das Vorkommen von dihedralen Winkeln, die kleiner als 60° sind, muß nicht notwendig sein, um Interkonnektivität in teilweis aufgeschmolzenen metamorphen Gesteinen zu erzeugen. Die Oberflächen zwischen gelängten Körnern in Amphiboliten mit Lineation können Wege für die Migration von Schmelzen oder für die Diffussion von Komponenten während teilweisen Aufschmelzens werden. Bei 850° C begann die Dehydration der Hornblende an internen Nukleations-Stellen, unabhängig vom Rest des Gesteins. Zwischen 850° C und 900 °C entsteht so eine Textur von Klinopyroxenen mit Hornblenderändern. Die nicht im Gleichgewicht befindliche Dampfphase, die dabei entsteht, führt zur Bildung von Lagen von wassergesättigter granitoider Schmelze zwischen Hornblende und Plagioklasflächen, mit einer berechneten Viskosität, die gerade niedrig genug ist, um Segregation durch Kompaktion zu ermöglichen. Bei höheren Temperaturen und während längerer Zeiten, wobei mehr Schmelze entsteht, löst sich die Dampfphase in wasseruntersättigter Schmelze, mit einer Viskosität, die zu hoch ist um Segregation in geologisch realistischen Zeiten zu ermöglichen. Die Entwässerung von kalium-armen Gesteinen durch Segregation von ursprünglich wässrigen Schmelzen, die sich in dieser Weise gebildet haben, dürfte beim Amphiboht-Granulit-Übergang eine Rolle spielen.[/ p]