Kristöllunarferli og textúr grágrýtis. Einar Tönsberg

Transcription

1 Kristöllunarferli og textúr grágrýtis Einar Tönsberg Jarðvísindadeild Háskóli Íslands 2013

2 Kristöllunarferli og textúr grágrýtis Einar Tönsberg 10 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í jarðfræði Leiðbeinandi Níels Óskarsson Jarðvísindadeild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Reykjavík, maí 2013

3 Kristöllunarferli og textúr grágrýtis 10 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í Jarðfræði Höfundarréttur 2013 Einar Tönsberg Öll réttindi áskilin Jarðvísindadeild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Öskju, Sturlugötu Reykjavík Sími: Skráningarupplýsingar: Einar Tönsberg, 2013, Kristöllunarferli og textúr grágrýtis, BS ritgerð, Jarðvísindadeild, Háskóli Íslands. Prentun: Háskólaprent, Fálkagata 2, 107 Reykjavík Reykjavík, maí 2013

4 Útdráttur Helsta upphleðsla á gosbeltum Íslands á kvartertímabilinu er móbergsmyndunin og grágrýtismyndunin, sem er einkennisberg hlýskeiðanna. Í verkefni þessu eru kristöllunarferli og textúr grágrýtis til athugunar. Smásjárrannsókn var gerð á þunnsneiðum úr safni Jarðvísindastofnunar Háskólans og þær greindar með hliðsjón af efnasamsetningu bergsýnanna. Grágrýtinu var skipt í þrjá flokka eftir grófleika og eiginleikar hvers flokks metnir. Einnig voru þrjú sýni greind með rafeindasmásjá þar sem efnagreina má einstaka steindir og gera greinarmun á efnasamsetningu í miðju og á jöðrum steinda. Þar má einnig greina fíngerða afblöndun í Fe-Ti-oxíðum sem myndast við lok kristöllunar. Ólivín er oftast á liquidus en ólivín og plagíóklas í sýnunum með lægsta MgO-innihaldið. Efnasamsetning grágrýtisins er einsleit: ólivínþóleiít með MgO milli 7 og 10 %. Grágrýti er alkristallað og bergmyndandi steindir eru ólivín, plagíóklas og klínópýroxen en FeTi-oxíð myndast í smáum mæli við lok kristöllunar. Upphaf straumflögunar í grágrýti er sérstaklega gefinn gaumur því örsprungur, sem myndast í fíngerðri straumflögun opna bergið og lækka veðrunarþol þess en grágrýti þykir sérlega viðkvæmt fyrir frostveðrun. Örsprungur grágrýtisins sem fyllast heitri vatnsgufu ef hraun rennur yfir votlendi eru einnig taldar örsök staðbundinnar oxunar í grágrýti. Einnig eru loftbólur í sýnunum athugaðar en þróun þeirra í storknandi hrauni er vísbending um seigju og flæðieiginleika kviku. Fegurð grágrýtisins er meðal annars fólgin í því að bergfræðilega er kerfi þess tiltölulega einfalt því efnasamsetning þess er svo nálægt lágbræðslupunkti fasakerfisins Fo-Di-An að nánast enginn grunnmassi myndast milli kristalla.

5 Abstract During the Quaternary, volcanic production along the Icelandic rift-zones was dominated by subglacially-erupted palagonite and dolerite lavas (The Gray Dolerite formation) that characterize interglacial periods. This paper involves microscopic studies of crystallization and textures of dolerites from the rock collection of the University of Iceland. Samples were divided into three groups based on grain-size and the textural properties of each group were analyzed. SEM/EDS techniques were used to analyze silicate minerals and micro-textures of FeTi-oxide exolution. Chemically the dolerites form a uniform suite of olivine tholeiite with MgO between 7 and 10 Wt%. The dolerites are holocrystalline with olivine, plagioclase and clinopyroxen, and small amounts of FeTi-oxides that form towards the end of crystallization. Crystallization order depends on chemical composition, olivine being the most common liquidus mineral while olivine and plagioclase form together on the liquidus in samples with the lowest MgO content. Attention was paid to the origin of microscopic flow-banding since micro-cracks that form during cooling open up the rock and make it poorly resistant to weathering which is a well known property of dolerite. Micro-cracks that become filled with steam where lavas flow over wet ground are involved in the local oxidation of dolerite flows. Air bubbles in the samples were also studied since their evolution in solidifying lavas may give information on viscosity and flow properties of lavas. The beauty of the dolerites arises, among other things, from their chemical simplicity, so close to the eutectic in the phase diagram Di-Fo-An that intergranular groundmass is almost absent.

6 Tileinkað Gunnbirni Egilssyni sem gerði þunnsneiðarnar sem lýst er í þessu riti. Persónulega hitti ég aldrei Gunnbjörn en í gegnum hans vandaða handverk hef ég öðlast aukinn skilning á bergfræði í gegnum nám mitt í jarðfræði við Háskóla Íslands. Hér með lýsi ég því yfir að ritgerð þessi er samin af mér og að hún hefur hvorki að hluta né í heild verið lögð fram áður til hærri prófgráðu. Einar Tönsberg

7 Efnisyfirlit Myndir... viii Töflur... x Skammstafanir...xi Þakkir... xii 1 Inngangur Efnasamsetning grágrýtis Bergefnagreiningar Efnasamsetning grágrýtis Textúr grágrýtis Fínkorna grágrýti Dílar og míkródílar Meðalgróft grágrýti Gróft grágrýti Lok kristöllunar - sprungumyndun Umræða Kristöllunarlíkan fyrir grágrýti - COMAGNAT Niðurstöður Heimildir vii

8 Myndir Mynd 1.1 Útbreiðsla grágrýtis á Íslandi... 1 Mynd 2.1 Samsetningarsvið grágrýtis... 5 Mynd 2.2 K-Ti fylgni í grágrýti Mynd 2.3 P-K fylgni í grágrýti... 6 Mynd 2.4 P/K K fylgni í grágrýti... 7 Mynd 2.5 Hlutfall #Ca og #Mg í grágrýti... 8 Mynd 2.6 Samsetning grágrýtis í kerfinu plag-cpx-ol... 9 Mynd 3.1 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG Mynd 3.2 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG Mynd 3.3 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG Mynd 3.4 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL Mynd 3.5 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL Mynd 3.6 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL Mynd 3.7 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL Mynd 3.8 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG Mynd 3.9 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG Mynd 3.10 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL Mynd 3.11 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG Mynd 3.12 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL Mynd 3.13 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL Mynd 3.14 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG Mynd 3.15 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL Mynd 3.16 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL Mynd 3.17 SEM mynd af oxíðum viii

9 Mynd 4.1 Kristöllunarlíkan (COMAGMAT) fyrir sýnið MIL Mynd 4.2 Kristöllunarlíkan (COMAGMAT) fyrir sýnið RSG Mynd 4.3 Kristöllunarlíkan (COMAGMAT) fyrir sýnið MIL Mynd 4.4 Súrefnisþrýstingur og kristöllun sýnisins MIL14 við FMQ-ferilinn ix

10 Töflur Tafla 1 Listi yfir sýni verkefnisins...2 Tafla 2 Efnasamsetning og CIPW-NORM sýnanna...4 Tafla 3 Efnagreiningar kristalla á sýnunum MIL 12, MIL 14 og RSG Tafla 4 SEM-efnagreiningar á FE-Ti...24 Tafla 5 Reiknaður kristöllunarferill grágrýtissýna...27 x

11 Skammstafanir Ab, ab = Albít An, an = Anorþít Ap, ap = Apatít Cpx, cpx = klínópýroxen Di, di = Díopsíð Fa, fa = Fayalít Fo, fo = Forsterít FMQ = Fayalít-magnetit-kvars súrefnisbúffer HM = Hematít-magnetít súrefnisbúffer Hy, hy = Hypersten Ilm, ilm = Ilmenít MIL = Mið-Ísland Mt, mt = Magnetít Ne, ne = Nefelín Ol, ol = Ólivín Or, or = Orþóklas RSG = Reykjanes og vestur-gosbelti SEM - Scanning Electron Microscope Pl, pl, Plag, plag = Plagíóklas Opx = Orþópýroxen xi

12 Þakkir Bestu þakkir fær leiðbeinandi minn Níels Óskarsson fyrir frumkvæði, skemmtilega og fræðandi umræðu, ómetanlega aðstoð og þá vinnu sem hann lagði í þetta verkefni. Sigurður Steinþórsson fær kærar þakkir fyrir yfirferð og góðar ábendingar. Hermann Tönsberg, faðir minn, fær kærar þakkir fyrir að smita mig af áhuga sínum á náttúruvísindum og rétta mér ávallt hjálparhönd, jafnt í námi sem öðru sem á dagana drífur. xii

13 1 Inngangur Ísland er hluti úthafshryggjar, að megninu til byggt úr basalti en basísk kvika myndast við hlutbráðnun möttulefnis (Sigurður Steinþórsson 2001; Sigmarsson and Steinthorsson, 2007). Það fer eftir aðstæðum á storknunartíma kvikunnar hvaða bergtegund myndast úr bráðinni. Sú bergtegund sem rit þetta fjallar um, grágrýtið, myndast oftast innan gosbeltis í stórum hraundyngjum í landslagi sem ísöldin hefur sett mark sitt á, þar sem jöklar hafa sorfið djúpa dali í bergstaflann sem fyrir var en víðir jökulaurar hafa myndast á láglendi og einnig á hásléttu landsins. Stærð grágrýtishrauna, oft margir rúmkílómetrar, veldur því að oftar en ekki fylla grágrýtisdyngjur upp í lægðir móbergsmyndunarinnar og hraunin flæða fram á sléttlendi. Ekki er óalgengt að hálf-kaffærð móbergsfjöll standi upp úr dyngjuhraunum. Grágrýtið er meðalgróft til gróft berg og einstaka stærri dílar eru greinanlegir í berginu með berum augum. Það er grátt ásýndar en við ummyndun verður það brúngrátt eða brúnsvart (Sveinn P Jakobsson 1984). Grágrýtið er gropið, tekur auðveldlega í sig vatn og þolir því illa veðrun. Grjótið á Alþingishúsinu er ágætur vitnisburður um hve viðkvæmt grágrýtið er fyrir veðrun en verulega sér á því nú rúmlega 130 árum eftir að það var byggt (Jón Jónsson, 1972). Mynd 1.1. Myndin sýnir útbreiðslu grágrýtis á yfirborði Íslands. Grágrýtinu er skipt upp eftir aldri, yngra en 0.8 milljón ára er merkt með gráum lit og eldra en 0.8 milljón ára með grænum lit. Móberg er táknað með brúngrænum lit, hvítt táknar jökla og blátt táknar allt annað, t.d. blágrýti og aðrar myndanir frá síð-tertíer. Sýnatökustaðir eru merktir með rauðum hring. 1

14 Helstu grágrýtismyndanir Íslands fylgja gosbeltinu (Sveinn P. Jakobsson 1994) sem liggur frá Reykjanesskaga í gegnum Langjökul og Hofsjökul, þaðan til austurs og gegnum norðvesturhluta Vatnajökuls og loks norður til sjávar í Öxarfirði. Hraundyngjur frá nútíma eru yngsti hluti hinnar eiginlegu grágrýtismyndunar þótt þær teljist ekki til hennar í jarðfræðikortlagningu. Meirihluti hrauna sem hefur myndast á hlýskeiðum jökultímans á miðju gosbeltinu telst grágrýti (Mynd 1.1). Nokkuð er um að móbergsmyndanir frá kuldaskeiðum ísaldar þeki eldra grágrýti sem rann á fyrri hlýskeiðum ísaldar. Því má ætla að eldra grágrýtið sé myndun af svipaðri stærð og það yngra. Grágrýtishraunin eru því alla jafna yngst í miðju gosbeltisins þar sem aðal upphleðslan á sér stað og því eldri fjær rekmiðjunni. Tafla 1 Listi yfir sýnin sem notuð voruð í verkefninu. Sýnatökustaðir eru nefndir sem og númer smásjármynda af sýnunum sem má finna í kafla 3 í þessu riti. SÝNI TÖKUSTAÐUR MYND NR MIL 1 Eiríksjökull, basaltþekja MIL 2 MIL 3 Eiríksjökull, basaltþekja Eiríksjökull, basaltþekja MIL12 Ok á Kaldadal 3.4, 3.5, 3.6, 3.7 MIL13 Þórisjökull, basaltþekja 3.15, 3.16 MIL14 Þórisjökull, basaltþekja MIL15 Skjaldbreiður, norðan Lágafells 3.10, 3.12, 3.13 MIL23 MIL33 MIL34 RSG 1 RSG 2 RSG 3 Skálparnes, SV við Geldingafell Skriðan, basaltþekja Hlöðufell, basaltþekja Hamarinn, Hafnarfirði Vogastapi, við Vogavík Miðnesheiði, við Ketilbrekku RSG 19 Selvogsheiði 3.8, 3.9 RSG 21 Geitafell, efsta basalt RSG 23 Skálafell Hellisheiði, efsta basalt 3.1, 3.2 RSG 37 Mosfellsheiði við Leirvogsvatn RSG 38 Hæðir við Heiðarbæ, Þingvallasveit RSG 39 Lyngdalsheiði 3.3 RSG 48 Reykjavíkurgrágrýti úr Kleppsholti 3.11 RSG 49 Miðnesheiði við Hvalsnes 3.17 RSG 50 Garður, Rosmhvalanesi RSG 51 Njarðvíkuheiði, vestan Stapafells 3.14 Til að kanna textúr grágrýtis voru valin 23 sýni úr safni Jarðvísindastofnunar Háskólans og eru þau öll frá vesturgosbeltinu, frá Reykjanestá að Langjökli. Sýnatökustaðirnir eru gróflega merktir inn á Mynd 1.1 sem rauðir hringir og nánari upplýsingar um sýnatökustaðina má finna í Töflu 1. Grágrýtismyndanirnar eru oft og tíðum mikil dyngjuhraun eins og til dæmis Mosfellsheiðin ber vitni um en úr henni rann Reykjavíkurgrágrýtið. Dyngjur eru flæðigos sem geta varað í langan tíma og nær þunnfljótandi hraunið oft og tíðum að flæða langar leiðir. Myndunarhættir hraunsins einkennast af mjög stórum goseiningum, allt að 20 km 3. Frægust dyngja á Íslandi er líkast til Skjaldbreiður en hún er nútímahraun og mjög lýsandi fyrir útlit dyngja en flestar 2

15 grágrýtisdyngjur Íslands hafa orðið fyrir rofi og bera því ekki það fullkomna breiða og aflíðandi útlit sem Skjaldbreiður hefur. Yfirborð dyngju frá nútíma er að jafnaði fremur fínkorna basalt, mjög sjaldan dulkornótt en aldrei glerjað. Þynnstu hraunstraumar dyngjunnar eru því oft fínkorna. Í sprunguveggjum þar sem dýpri snið í bergið opnast sést að það verður meðalgróft og síðan gróft á eins til tveggja metra dýpi. Oft sést að hrauntaumar hafa bráðnað saman og einnig sjást flekkir með afar fíngerða straumflögun. Það er því augljóst að smávægilegt jökulrof megnar að afhjúpa grófkorna bergið og eftir stendur gróft berg, hið eiginlega grágrýti. Megineinkenni kristalgerðar grágrýtis er að bergið er nánast alltaf alkristallað (holocrystalline), bergmyndandi steindir eru einungis ólivín, plagióklas og klínópýroxen en glerjaður grunnmassi kemur tæpast fyrir. FeTi-oxíð eru einnig afar fágæt. Viðfangsefni þessa verkefnis er að gera grein fyrir kristöllun grágrýtis og rekja þróun og orsakir mismunandi kristalgerðar (textúr). Verkefnið er tilraun til að tengja kristöllunarferlið við efnasamsetningu bergsins og viðeigandi fasakerfi. Einnig verður gerð grein fyrir algengum kristöllunar- og oxunarferlum, sem verða við lok kristöllunar og meðan hraunin kólna. Jafnframt verður gefinn gaumur að orsökum hins lága veðrunarþols. 3

16 2 Efnasamsetning grágrýtis 2.1 Bergefnagreiningar Sýnin sem valin voru til þessa verkefnis endurspegla nánast allt samsetningarbil grágrýtismyndunarinnar. Efnagreiningar sýnanna eru skráðar í Töflu 2 og er þeim raðað eftir MgO innihaldi. Frumstæðustu sýnin (til vinstri í Töflu 2) hafa MgO yfir 10 % af þunga en MgO-snauðasti þriðjungur sýnanna er með MgO um 8 % af þunga og niður undir 7 %. Tafla 2 Efnasamsetning og CIPW-NORM sýnanna raðað eftir MgO magni. Hlutföll aðalefna í ólivínþóleiíti ráðast einkum af hlutfallsmagni þeirrar uppbræðslu í jarðmöttlinum sem það þróast síðan úr. Sé gert ráð fyrir uppbræðslu í granat-lherzolít möttli má ætla að ál-steindirnar granat, cpx og hugsanlega spínill myndi mikinn hluta upphafsbráðar, sem við aukna bráðnun hækkar hratt í MgO og gengur nær ol og opx uns eftirstöðvarnar stefna á harzburgít (ol+opx) (Sigurður Steinþórsson 2001). Það sem merkilegast er við grágrýtið er hversu einsleitt það er með aðeins um 2-3% bil í MgO (7-10%). Þetta er til marks um að meginefni úthafsskorpunnar bráðnar sífellt úr möttlinum við svipaðan þrýsting og hita þar sem samsetning bráðarinnar stjórnast ávallt af sömu steindum í svipuðum hlutföllum. 4

17 0,8 0,7 Kristal botnfall, ol cpx (kúmúlat) 0,6 Pikrít 0,5 ÓLIVÍN ÞÓLEIÍT #Mg 0,4 Qz þóleiít GOSB 0,3 GRGR 0,2 0,1 Rhýólít Ísúrt berg FeTi basalt 0,0 0,0 2,0 4,0 6,0 TiO 2 % Mynd 2.1 Samsetningarsvið grágrýtis í Töflu 2 sýnt í #Mg-TiO 2 línuriti. Grágrýtissýnin er táknuð með rauðum ferningum (GRGR) en 940 sýni úr gosbeltum landsins, síðkvarter og frá nútíma, eru táknuð með gráum krossum (GOSB). Helstu berggerðir gosbeltanna eru lauslega merktar á myndinni en greinilegt er að samsetning grágrýtisins spannar nánast allt Ti-svið frumstæðu ol-þóleiítanna. Þegar samsetning grágrýtisins er könnuð í samanburði við bergsamsetningu gosbeltanna (Mynd 2.1) kemur í ljós að samsetningarbil þess er ákaflega þröngt. Viðmiðunarsýnin eru aðeins úr þóleiít-bergröðinni og því FeTi-basalti, sem ekki er með ne í normi (Katla-Eldgjá). Þess ber að geta að mörg viðmiðunarsýnanna (gráir krossar) á sviði grágrýtisins eru einnig úr grágrýtismynduninni, stöpum en einkum dyngjum frá nútíma. Þetta ber einnig að skoða með hliðsjón af því að þessi ólivín-þóleiít eru meginuppistaða bergs á yfirborði úthafsflekanna og að öll sýnin neðan við #Mg u.þ.b. 0,3 (Mynd 2.1) eru úr megineldstöðvum að undanskildu FeTi-basaltinu, sem kemur fyrir í Kötlu (megineldstöð) en einnig á sprungum gosbeltisins þar norðan og austan við. Á Mynd 2.1 er sýnahópur með hærra #Mg en grágrýtið en sá hópur myndi í flestum tilfellum flokkast undir ólivín-þóleiít. Svonefnd pikrít eru þar á meðal en þar er átt við ólivín-þóleiít með meira en 15 % af ólivín í módalsamsetningu. Á Mynd 2.1 koma pikrítsýni fram eins og rani í átt að hækkandi #Mg, vafalítið vegna ólivíndílanna, sem vissulega eru Ti-snauðir. Sá sýnahópur, sem hefur hæst #Mg og lægst Ti, er kristalbotnfall (kúmúlat) eða hnyðlingar úr ol, plag og cpx. Þótt sú umræða sé að mestu handan við viðfangsefni þessa verkefnis má benda á að hlutföll K, P og Ti eru einnig fremur einsleit í grágrýti. Magn K og P er háð magni uppbræðslu, sem mætti lýsa sem þynningu upphafsbráðarinnar með opx og ol þótt breytileiki í samsetningu möttulsins myndi vissulega einnig hafa áhrif á hlutföll efnanna. Magn Ti myndi að líkindum lýsa magni cpx í bráðinni þar sem cpx tekur upp nokkuð Ti eins og marka má af ilmenít- 5

18 afblöndun í cpx úr möttulhnyðlingum (Alifirova ofl. 2012). Á Mynd 2.2 og Mynd 2.3 eru hlutföll K, P og Ti sýnd til að árétta að einnig þau eru fremur einsleit þrátt fyrir mismunandi dreifistuðla (Fabrice og Cazot, 2001). 0,35 0,30 0,25 K 2 O % 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 TiO 2 % Mynd 2.2 K-Ti fylgni í grágrýti. Myndin gæti bent til þess að K, sem færi allt í fyrstu bráð, þynnist við aukna uppbræðslu í möttli en jafnframt ykist Ti þegar gengið væri nær cpx í möttulberginu. Færi svo að cpx bráðnaði til fulls myndu bæði efnin lækka úr því og fylgni þeirra myndi sveigjast að upphafspunkti línuritsins. P 2 O 5 % 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 K 2 O % Mynd 2.3 P-K fylgni í grágrýti. Dreifistuðull (Kd) K í cpx er um 0,001 en dreifistuðull (Kd) P er um 0,15 (Fabrice og Cazot, 2001). Myndin gæti gefið vísbendingu um svipuð ferli og rædd eru undir Mynd 2.2. Aukin uppbræðsla lækkar (þynnir) K en eykur um leið P, sem væri að losna úr cpx. 6

19 K 2 O/P 2 O 5 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 K 2 O % Mynd 2.4 K/P K fylgni í grágrýti. Hlutfallið K/P í kólnandi kviku ætti ekki að raskast meðan einungis ol, plag og cpx falla út. Við þær aðstæður ætti K/P-hlutfallið að vera stöðugt við hækkandi K. Myndin bendir aftur á móti til að þessi utangarðsefni ráðist bæði af uppbræðslustigi í möttli og kristöllun. Kristöllun ein og sér myndi stefna til hægri á myndinni. Mismunandi magn uppbræðslu þar sem allt K fer í fyrstu bráð (Kd = 0.001) en P (Kd = 0.15)(Fabrice og Cazot, 2001) nokkru hægar myndi sveigjast í átt að upphafspunkti línuritsins með aukinni uppbræðslu. Ferillinn getur samt ekki skorið upphafspunktinn þar sem K getur ekki stefnt á núll. CIPW-NORM sýnanna (Tafla 2) er reiknað með oxunarstigi Fe +3 /Fe (Total) = Þar er tilgangurinn að endurspegla tiltölulega súrefnissnautt möttulberg sem gæti verið með oxunarstig niður undir FMQ-2. Áhrif þessa í normreikningi er helst þau að ol reiknast aðeins hærra en ella á kostnað mt. Talið var að þetta gæfi sannari mynd af grágrýtinu en FMQ ferillinn. Þetta byggir á því að Ti-mt er afar fágætt í grágrýti og kemur einungis fyrir undir lok kristöllunar og þá sem örsmáir míkródílar milli silikatanna. Þetta er mjög frábrugðið kristöllun í gabbró-innskotum þar sem FeTi-oxíð eru ávallt vel kristölluð. Efnagreiningar grágrýtisins benda samt stundum til oxunar umfram FMQ ferilinn og fyrir kemur að oxaðir flákar með bleik litbrigði sjáist í grágrýtisopnum. Þessir flákar, sem gætu að hluta til hafa oxast allt að HM-ferlinum, eru gjarnan staðbundnir og að líkindum afleiðing gufuútstreymis frá undirlagi hrauna, samanber myndun oxaðra gervigíga. Sýnin eru eins og vænta mátti dæmigert ol-þóleiít, öll með ol og hy í normi. Það er aftur á móti merkilegt að ol í normi fylgir ekki MgO innihaldi til fulls eins og til dæmis kemur fram í sýnum RSG 51 og RSG 48 í Töflu 2 en í þessum sýnum eru einnig Na og Fe í lægra lagi. Þar sem Al 2 O 3 reiknast sem pl í normi þóleiítsins getur farið svo, að þegar Na 2 O er lágt verður CaO-afgangurinn örlítið lægri hlutfallslega og þá reiknast hlutfallslega lægra di og MgOafgangurinn hækkar aðeins miðað við Fe, sem aftur veldur hækkun á reiknuðu hy í normi. Afar ólíklegt er samt að smávægileg atriði í efnasamsetningu, sem geta haft marktæk áhrif á norm bergsins, sjáist í modal-samsetningu þess. Í efnasamsetningu grágrýtis eru hlutföllin #Mg (MgO/(MgO+FeO)) og #Ca (CaO/(CaO+Na 2 O)) nokkuð viss ábending um meginlínurnar í kristöllun þeirra. Þessi hlutföll, sem sýnd eru á Mynd 2.5, gefa til kynna bæði magn og samsetningu ol og plag sem kristallast 7

20 í berginu. Einnig má ætla að magn cpx í berginu aukist eftir því sem hlutföllin lækka. Þannig gefur efnasamsetning bergsins vissa hugmynd um þá kristöllun, sem að lokum myndar textúr þess. Oxunarstig bergsins, sem kemur fram í ferro/ferri hlutföllum þess er einnig áhugavert til að segja fyrir um lok kristöllunar þar sem hátt Fe(III) flýtir óhjákvæmilega fyrir myndun mt undir lok kristöllunar. #Ca 0,91 0,90 0,89 0,88 0,87 0,86 0,85 0,84 0,83 0,82 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 #Mg Mynd 2.5. Línuritið #Ca móti #Mg í grágrýti sýnir að hlutföllin, sem stjórnað er af ólivín (#Mg) og plagíóklas (#Ca), mynda breiða fylgni á mjög þröngu sviði. Ætla má að ol- og plag-samsetning í grágrýti sé einnig innan mjög þröngra marka og að þróun kristallanna innan hvers hrauns sé fremur takmörkuð meðan á kristöllun stendur. Þótt CIPW-NORM hafi mikið skemmtanagildi og nokkuð flokkunarfræðilegt gildi fer því fjarri að það nýtist óbreytt til að kanna kristöllun í hreinum fasakerfum. Samt mætti ætla að ólivín-þóleiít kæmist einna næst því meðal bergtegunda að vera tækt í hreint fasakerfi þar sem um 85% massans er lýst í kerfinu Fo-Di-An (Andersen 1915; Presnal ofl., 1978). Þar sem Fe, Ti og alkalimálmar eru ekki í hreina kerfinu mætti kanna norm grágrýtisins í plag-cpx-ol kerfi með því að reikna Fe í ol, alkalimálma í plag og Ti í cpx. Ágít-kristöllum grágrýtis hefur verið lýst sem subcalcic titaniferous augite (Sigvaldason, 1969) og enn fremur eru FeTi-oxíð afar lítilvæg í grágrýti. Á Mynd 2.6 er samsetning grágrýtisins í Töflu 2 sýnd í slíku umreiknuðu normi í kerfinu plag-cpx-ol þar sem di, hy og im er reiknað með cpx, fo og fa sameinað í ólivín og ab og an sameinað í plag. Í myndinni eru fasaskil hreina kerfisins við 1 atm (Presnall ofl., 1978) dregin upp til viðmiðunar en spínilsviðinu við An-Fo línuna er sleppt. 8

21 Mynd 2.6 Samsetning grágrýtis í kerfinu plag-cpx-ol. Punktarnir sýna samsetningu í umreiknuðu normi þar sem fa og fo reiknast sem ol, di, hy og im er reiknað sem cpx en ab og an er reiknað sem plag. Fasaskilin á myndinni eru fasaskil hreina kerfisins (Presnall ofl., 1978) en fasarýmd spínils á plag-ol ásnum er sleppt. Mynd 2.6 gæti bent til þess að algengast væri að við lágan þrýsting væri ol oftast á liquidus í grágrýti en einnig að plag eða jafnvel plag, cpx og ol væru á liquidus í sýnum með lægsta MgO-magnið. Nálgunin í Mynd 2.6 er vissulega aðeins vísbending en gefur samt til kynna að í grágrýti megi vænta þess að oftast sé ol á liquidus við lágan þrýsting en einnig að plag gæti verið fyrsti fasi til að falla út. Ekki væri heldur útilokað að allir þrír fasarnir, ol, plag og cpx, féllu út nánast samtímis í upphafi. Ljóst er að vitneskju um efnasamsetningu bergsins má nýta til að segja til um megindrættina í kristöllunarröð þess. Kristöllunarröðin er einna mikilvægasti þátturinn í myndun textúrs og því kemur fasakerfið að gagni í smásjárvinnunni, einkum þar sem það bendir til að meginviðfangsefnið verði að rekja kristöllun á cotectic línunni á milli ol og plag. Eitt af markmiðum verkefnisins er að kanna upphaf straumflögunar í grágrýti. Þar sem straumflögun er afleiðing af hreyfingu í massa, sem skilist hefur að í fast og seigfljótandi efni, er áhugavert að kanna hvort straumflögun finnist eingöngu í ol-dílóttu grágrýti eða hvort kristöllun á cotectic eða jafnvel í plag-sviðinu geri það einnig. 9

22 2.2 Efnasamsetning steinda Efnagreiningar nokkurra kristalla voru gerðar með rafeindasmásjá á Jarðvísindastofnun Háskólans. Tækið er af gerðinni Hitachi TM3000 og er búið Bruker EDS-skynjara. Greiningarnar byggja á söfnun talninga en greiningin er síðan kvörðuð með talningu staðla, sem eru kristallar af sömu byggingu og óþekktu steindirnar. Greiningarnar voru gerðar með geisla 2,7 µm í þvermál og 15 kv hröðunarspennu. Greiningarnar eru einungis gerðar til að lýsa meginlínunum í kristalsamsetningu grágrýtis en því fer víðs fjarri að um sé að ræða tæmandi bergfræði grágrýtis. Efnasamsetning ólivíns er eins og vænta má einsleit en í fínkorna og meðalgrófu grágrýti er greinanlegur munur á kjarna og jaðri kristallanna. Í Töflu 3 sést til dæmis breyting frá 82%Fo til 92%Fo í sýni MIL12 en frá 88%Fo til 63%Fo í MIL14 en ólivín í grunnmassa MIL14 er um 86%Fo. Járnríkasta ólivín bergsins er að finna á jöðrum kristalla í grófu grágrýti þar sem járnríkur ólivín myndar þunnt yfirborðslag undir lok kristöllunar. Dæmi um þetta er jaðar ólivínkristals í sýni RSG49 í Töflu 3 en samsetning hans er 52%Fo. Samsetning plagíóklaskristalla breytist einnig frá kjarna að jaðri; 91%An til 75%An í sýni MIL12, 93%An til 65%An í sýni MIL14 en er um 85%An í grunnmassa sýnisins RSG49. Þessar breytingar í samsetningu plagíóklas og ólivíns eru samstíga og endurspegla nokkra efnadiffrun meðan á kristöllun þeirra stendur. Það er einnig augljóst að nokkrar breytingar verða í efnasamsetningu pýroxens meðan sá kristall fyllir upp rýmið milli ólivín og plagíóklas kristallanna á síðustu skeiðum kristöllunarinnar. Í Töflu 3 sést að pýroxen samsetningar-sviðið er frá En38-En48 en þar Tafla 3 Efnagreiningar kristalla á sýnunum MIL 12, MIL 14 og RSG 49 ÓLIVÍN MIL12 MIL12 MIL14 MIL14 MIL14 RSG49 Jaðar Kjarni Grms Jaðar Kjarni Jaðar SiO FeO MnO MgO SUM %Fo PLAGÍÓKLAS MIL12 MIL12 MIL14 RSG49 RSG49 Kjarni Jaðar kjarni Jaðar Kjarni SiO Al2O CaO Na2O K2O SUM %An

23 Tafla 3 Framhald PÝROXEN MIL12 MIL14 RSG49 RSG49 Grms Grms Grms Grms SiO TiO Al2O FeO MnO MgO CaO Na2O K2O SUM %En %Wo %Fs FE-TI OXÍÐ MIL12 MIL12 MIL12 MIL14 MIL14 RSG49 RSG49 RSG49 RSG49 mt mt Ex ilm mt ilm mt mt Ex ilm ilm SiO TiO FeO MnO MgO SUM eru kristallarnir nefndir grunnmassi, sem er líklega rangnefni þar sem eitt megineinkenni fullkristallaðs grágrýtis að enginn grunnmassi verður með góðu móti skilgreindur þar sem samsetning aðalkristallanna þriggja gengur nánast upp í samsetningu bergsins. Járn-títanoxíð grágrýtisins eru títanómagnetít og ilmenít en nokkrar efnagreiningar oxíða eru í Töflu 3. Oxíðin komu fyrir með tvennu móti; mjög smáir (um 10 µm) stakir míkródílar af mt og ilm í fínkorna, líklega fremur hraðkældu bergi, og nokkru stærri ( µm) míkródílar í grófu og hægkældu bergi. Stærri dílarnir eru oftast með ilm-afblöndun en í Töflu 3 er afblandað mt auðkennt með Ex. Mt-samsetning afblöndunarinnar nær niður í 6-7% TiO 2 sem bendir til að í Ti-ríku mt sé usp-þátturinn mishár í upphafi þannig að þeir kristallar afblandist öðrum fremur eftir storknun grágrýtisins. Efnasamsetning steindanna endurspeglar kristöllun í kerfi ol-cpx plag, áþekku fasakerfinu Fo- Di-An. Regluleg samsetningarbreyting ol, plag og cpx sýnir óverulega kristaldiffrun, sem ekki megnar að skilja eftir eiginlegan grunnmassa að öðru leyti en því að mt og ilm bætast í fasakerfið undir blá-lokin. Kristallar grágrýtis hafa mjög skýra snertifleti innbyrðis og ekki tókst í þessum sýnum að finna Ca-snauðan pýroxen (pigeonít) eða nokkuð annað á snertipunktum kristallanna þriggja en Wood (1978) lýsir pigeonít- og apatít-kristöllum milli aðalfasa tertíers dílabasalts af Austurlandi. 11

24 3 Textúr grágrýtis Þótt grágrýti sé að jafnaði alkristallað er unnt að rekja kristöllunarferil þess frá dulkornóttu bergi að grófu grágrýti. Greindar voru 23 þunnsneiðar úr safni Jarðvísindastofnunar og þær flokkaðar eftir grófleika kristallanna. Hugað var sérstaklega að dílum og míkródílum, sem auðveldast er að finna og kanna í fínkorna bergi. Í meðalgrófu og grófu bergi er unnt að kanna straumflögun og að meta hvenær á kristöllunarferlinu hennar tekur að gæta að ráði. Jafnframt var hugað að loftbólum bergsins en loftbóluveggir geta gefið nokkra hugmynd um seigju storknandi kviku og lögun bólanna gæti tengst flæðieiginleikum kvikunnar. Einnig var hugað að áhrifum oxunar á kristöllun grágrýtis. Þótt áberandi oxun sé fágæt í grágrýti kemur fyrir að hluti hraunstrauma hafi bleikan litblæ, sem við nánari skoðun stafar af fíngerðum hematít-kristöllum milli silikatanna. Kristöllunarsaga grágrýtisins frá fínkorna bergi í grófkristallað berg er rakin með tilvísun í smásjármyndir. Einnig er gerð grein fyrir algengustu gerðum díla í berginu. 3.1 Fínkorna grágrýti Mynd 3.1 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG 23 (Tafla 1, Skálafell Hellisheiði, efsta basalt). 12

25 Sýnið á Mynd 3.1 (RSG 23) er dæmigert fínkorna grágrýti með samfelldan ólivín-ríkan grunnmassa. Efnasamsetning RSG 23 (Tafla 2) er frumstæð (MgO = 9.32%) sem kemur fram í ríkjandi ólivíni en plagíóklas-listar eru einnig jafndreifðir um grunnmassann og klínópyroxen fylling hefur myndast milli míkródílanna. Ólivín-kristallarnir eru misstórir, frá um 100 µm niður fyrir um 10 µm. Stærstu ólivín-mikródílarnir eru fáir og benda til að þeir hafi myndast áður en megnið af grunnmassanum kristallaðist. Í þessu sýni (RSG 23) vottar ekki fyrir straumflögun, sem er næsta fágætt og kemur einungis fyrir í mjög fínkorna grágrýti. Aftur á móti má greina misgrófa flekki í grunnmassanum. Fíngerðasta áferðin er ólivín-rík (merkt A á Mynd 3.1) en grófari svæðin eru með lengri plagíóklas lista (merkt B á Mynd 3.1). Mynd 3.2 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG 23 (Tafla 1, Skálafell Hellisheiði, efsta basalt). Upphaf straumflögunar í grágrýti má greina á Mynd 3.2. Fínkorna ólivín-rík belti (merkt A á myndinni) eru aðskilin af plagíóklas-ríkari belti (merkt B á myndinni). Stefna beltanna er sýnd með strikum á myndinni. Í upphafi er þessi aðkenning að straumflögun einungis sýnileg að cm-skala en er eigi að síður til merkis um að seigja grunnmassans er orðin nokkuð mismunandi á þeim stærðarskala. Eitt einkenni grágrýtis, sem er frábrugðið mörgum fínkorna basalthraunum, er form og jaðareinkenni loftbólanna. Form loftbólanna er nánast alltaf óreglulegt og jaðrar þeirra eru alkristallaðir og jafn-grófir grunnmassanum. Loftbólur, sem hafa runnið saman ná sjaldnast að mynda jafnar, glerjaðar útlínur eins og algengt er í fínkorna þóleiíti, heldur kristallast grunnmassinn áður en til þess kemur. 13

26 Mynd 3.3 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG 39 (Tafla 1, Lyngdalsheiði). Oxunin í sýninu (Mynd 3.3, RSG39) er áberandi mikil í samanburði við flest önnur sýni sem eru hér til skoðunar. Bergið er frumstætt grágrýti, MgO er 9,55 % og þrígilt járn (%Fe(III)) er 31.4 %. Milli kristallanna er afar fíngerður grunnmassi (merkt A á Mynd 3.3), sem virðist hafa kristallast hratt úr þunnfljótandi bergbráð, a.m.k. má greina snið hringlaga loftbólu í massanum. Bergið er með ólivín-míkródíla um 200 µm stærð og plagíóklas-listar allt að 700 µm (merkt B á Mynd 3.3). Greina má aðkenningu að straumflögun upp til hægri frá svæði B á myndinni. Ólivíndílarnir eru margir með rauðleita slikju við yfirborð. Mismunandi oxunarstig grágrýtis á milli sýna sem hafa þó keimlíka efnasamsetningu er athyglisverð. Líklegt má telja að oxunina megi einkum rekja til utanaðkomandi vatnsgufu (Níels Óskarsson 2010). Þannig má leiða að því líkum að hraun sem rennur yfir t.d. mýrasvæði eða blauta sanda oxist meira en hraun sem rennur á nokkuð þurrum berggrunni. Vatnsgufan úr undirlaginu á greiða leið inni í gropið bergið og kemst þar í návist við járnið og oxun á sér stað. 14

27 3.2 Dílar og míkródílar Þeir dílar sem finnast í grágrýti eru einna helst ólívín- og plagíóklasdílar. Pýroxendílar eru mjög sjaldgæfir (Sveinn P Jakobsson 1984). Á Mynd 3.4 má sjá mjög fínkornótt grágrýti Mynd 3.4 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL 12 (Tafla 1, Ok á Kaldadal). Mjög fínkornótt grágrýti með tiltölulega slétta loftbóluveggi. með tiltölulega slétta loftbóluveggi. Í fínkornótta berginu má finna plagíóklasdíla allt að 700 µm að stærð og ólivíndíla um 500 µm að stærð. Litla beltun er að finna við jaðra dílanna. Form loftbólanna er að mestu óreglulegt og jaðrar þeirra alkristallaðir. Það gefur auga leið að dílar og míkródílar eru einna auðfundnastir í fínkorna grágrýti. Það kemur samt í ljós ef vel er að gáð að nánast öll grágrýtissýnin eru með díla í einhverjum mæli. Stakir míkródílar af plagíóklas (merkt A á Mynd 3.4) eru algengastir í þessu sýni enda er bergið það MgO-snauðasta í úrtakinu (Tafla 2; 7,15 % MgO). Algengustu dílarnir í grágrýti, ólivín og plagíóklas, eru gjarnan í þyrpingum (glomerophyric cluster) eins og sést á miðri myndinni (Mynd 3.4, svæði merkt B). Dílaþyrpingar grágrýtisins eru lang-oftast troktólít, þ.e. ólivín-plagíóklas berg, sem gæti í fjölda tilfella verið framandsteindir í kvikunni. Á Mynd 3.5 sjáum við sömu dílaþyrpinguna af plagíóklasi og ólivíni eins og á Mynd 3.4 (svæðið merkt B á Mynd 3.4) en í þetta sinn í fimmfalt meiri stækkun. Kleyfnin í ólivíndílunum er greinileg en lítið ber á hvarfarimum við mörk kristallanna og grunnmassans. 15

28 Mynd 3.5 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL 12 (Tafla 1, Ok á Kaldadal). Myndin sýnir nánar ólivín (merkt A á myndinni) í dílaþyrpingu, sem sést á miðri Mynd 3.4. Margt bendir til að þessi dílaþyrping sé í rauninni framandsteindir (xenocrysts) eða bergbrot, sem sameinast hafi kviku á uppleið. Sérstaka athygli vekja þéttir snertifletir kristallanna og brotsprunga í gegn um ólivínkristallinn (Merkt A á Mynd 3.5). Þótt hvarfarimar komi fyrir á dílaþyrpingum eru þeir ekki algengir. Mynd 3.6 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL 12 (Tafla 1, Ok á Kaldadal). Mynd 3.6 sýnir plagíóklas-dílaþyrpingu (svæði merkt A) í fínkorna grunnmassa með míkródílum af ólivín og plagióklas (svæði merkt B). Ekki er unnt að merkja nokkurn hvarfarima á dílaþyrpingunni og míkródílunum þannig að ætla mætti að þessir kristallar hafi vaxið í kvikunni við jafnvægisaðstæður áður en hraðkæling kom til. 16

29 Mynd 3.7 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL 12 (Tafla 1, Ok á Kaldadal). Á Mynd 3.7 má sjá tæplega 400 µm langan plagíóklas míkródíl í fínum ólivín-plagíóklaspýroxen grunnmassa. Díllinn, sem greinilega hefur náð að vaxa við kyrrar aðstæður áður en hraðkæling kom til, er nokkuð frábrugðinn algengustu plagíóklas-listunum í grágrýti. Dílarnir eru breiðvaxnari og albít-tvíburun þeirra er grófari en í mjóslegnustu listunum. Þetta bendir til hægari vaxtar við sífellda snertingu kristals og kviku. 3.3 Meðalgróft grágrýti Í meðalgrófu grágrýti fer að bera meira á böndum af plagíóklas- og ólivín-ríkum svæðum. Þá fara einnig að sjást klínópýroxen-flákar, allt að 0,5-1 mm að stærð en lítið sem ekkert fer fyrir þeim í fínkornóttu grágrýti. Ófítískur textúr er ráðandi og straumflögun er greinilegri en í fínkornótta grágrýtinu sem má rekja til tilhneigingar bergsins að skipta sér í þessi fyrrgreindu ólívín- og plagíóklas-ríkjandi bönd/svæði sem hafa svo mismunandi þennslustuðla sem getur leitt til spennu á milli bandanna þar sem að svæðin dragast mishratt saman við kólnum. Hin klassíska kleyfni í ólívíndílum ber vitni um álagið sem ólivíndílarnair verða fyrir við kólnun en mun sjaldgæfara er að plagíóklasdílar klofni. Í sýni RSG 19 (Mynd 3.8) er stærð kristalla um µm en plagíóklas er ríkjandi enda er MgO fremur lágt (7,66%, Tafla 2). Á myndinni sést upphaf eiginlegrar straumflögunar á mmskala. Svæði merkt A (Mynd 3.8) ofan við miðja mynd til vinstri er ólivín-ríkt band um 1 mm á breidd en svæðin merkt B (Mynd 3.8), efst til vinstri og skáhallt yfir miðja mynd eru plagíóklas-ríkari. Þetta mynstur bendir til að sá kristall, sem myndast fyrr, myndi flöt í hægflæðandi kvikunni en kristallinn sem síðar myndast verður ríkjandi milli flatanna. 17

30 Mynd 3.8. Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG 19 (Tafla 1, Selvogsheiði). Á myndinni má sjá upphaf eiginlegrar straumflögunar á mm-skala. Mynd 3.9 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG 19 (Tafla 1, Selvogsheiði). Í meðalgrófu grágrýti fer að bera á klínópýroxen af stærð allt að 0,5-1 mm. Hægra megin við ofanverða loftbóluna á miðri mynd (Mynd 3.9) sést hvernig cpx-kristall umlykur plagíóklaslista. Þetta er dæmigert fyrir ófítískan textúr, sem tekur að þróast í meðalgrófu grágrýti. 18

31 Mynd Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL 15 (Tafla 1, Skjaldbreiður). Ólivín-ríkt meðalgróft grágrýti með hátt MgO (9.4%, Tafla 2) má sjá á Mynd Ólivín míkródílar og dílar eru oft stærri en plagíóklas-listarnir í MgO-ríku grágrýti, sem getur merkt að þeir vaxi fyrr og lengur en plagíóklas. Myndin sýnir að umhverfis loftbóluna er bergið fíngerðara og ríkara af plagíóklas. Ætla mætti að þétt loftbóla, sem inniheldur meðal annars vatnsgufu, yrði til þess að draga kristöllun loftbóluveggjanna á langinn. Þetta virðist samt afar sjaldgæft í grágrýti. Mynd Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG 48 (Tafla 1, Reykjavíkurgrágrýti úr Kleppsholti). Á Mynd 3.11 má sjá meðalgróft straumflögótt grágrýti með cpx-ríkt band á neðri hluta myndarinnar (merkt A) en plagíóklas-ríkt band þvert yfir efri hlutann (merkt B). Myndin sýnir loftbólur í ófítíska cpx-ríka bandinu, sem virðist algengt í meðalgrófu og grófu grágrýti. Loftbólurnar mynda þá fleti í berginu. Ætla mætti að þeir fletir væru í raun skriðfletir í seigfljótandi hrauni og myndu þá kristallast síðast. 19

32 Mynd Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL 15 (Tafla 1, Skjaldbreiður). Mynd 3.12 sýnir straumflögótt MgO-ríkt (9,4%, Tafla 2) meðalgróft grágrýti. Ólivín-ríkt svæði (merkt A) og plagíóklas-ríkt svæði (merkt B) eru hluti af straumflögunarböndum en neðan við ólivín-bandið sést loftbóluþyrping hægra megin á myndinni. Myndin sýnir að undir lok kristöllunar aflagast loftbólurnar, veggir þeirra brotna og verða óreglulegur kristal-kargi. Mynd Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL 15 (Tafla 1, Skjaldbreiður). Mynd 3.13 sýnir dílaþyrpingu í meðalgrófu grágrýti. Á myndinni sést að ólivín-kristallarnir eru að jafnaði með kleyfnisprungur en plagíóklas miklu síður. Þanstuðull steindanna (Ahrens, 1995) er mismunandi þannig að þegar bergið kólnar niður fyrir um 700 C dragast steindirnar mishratt saman. Líklegt er að ólivín kristallarnir brotni miklu fremur en plagíóklas (þanstuðull 2-3 [mm/m]/ C) þar sem þanstuðull fyrir ólívín er hærri 6-7 [mm/m]/ C. 20

33 Mynd Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu RSG 51 (Tafla 1, Njarðvíkurheiði vestan Stapafells). Mynd 3.14 sýnir meðalgróft berg í dæmigerðum ófítískum textúr, sem einkennir grágrýtismyndunina. Í meðalgrófu grágrýti er orðið algengt að klínópýroxenkristallar umlyki plagíóklas-lista. Við þær aðstæður hefur vökvasamsetningin þróast mjög nálægt pýroxensamsetningu. 3.4 Gróft grágrýti Gróft grágrýti er að jafnaði í ófítískum textúr og eru klínópyroxen flákar, allt að cm á stærð, farnir að mynda fleti sem umlykja díla og míkródíla frá fyrri stigum kristöllunar (Mynd 3.15). Þessi textúr er algengastur þar sem straumflögunar gætir síður í þykkum (20-30 m) hraunlögum. Ætla mætti að kristöllunin hafi gerst í nánast kyrrstæðum hægkólnandi bergmassa. Loftbólur í grófu grágrýti eru að jafnaði með grófum jöðrum (Mynd 3.16). Líklegt er að þegar hraunmassinn kólnar og dregst saman þrýstist kristallarnir inn í smækkandi loftrýmið, sem þá hefur löngu tapað innri þrýstingi vegna kólnunar. Við kólnunina er óhjákvæmilegt að örsprungur (microcracks) myndist á milli kristallanna. Nánast samliggjandi kerfi af slíkum loftbólum er vafalítið samtengt með örsprungum og fyllist því af vatni þegar bergið blotnar eða grefst undir grunnvatnsflöt. Vatn á yfirborði grágrýtis sogast hugsanlega með hárpípukrafti inn í bergmassann. Þessi eiginleiki grágrýtis ræður mestu um lítið þol þess gegn frostveðrun. 21

34 Mynd 3.15 Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL 13 (Tafla 1, Þórisjökull, basaltþekja, Kaldadal). Dæmigert gróft grágrýti í ófítískum textúr. Mynd Smásjármynd í skautuðu ljósi af sýninu MIL 13 (Tafla 1, Þórisjökull, basaltþekja, Kaldadal). Gróft grágrýti í ófítískum textúr. Loftbólurnar eru með grófum jöðrum. 22

35 3.5 Lok kristöllunar sprungumyndun Textúr grágrýtis einkennist meðal annars af mjög skýrum samskeytum bergmyndandi kristalla. Lokastig kristöllunar mætti einna helst greina í myndun oxíðanna, sem virðast vera síðasti fasinn í kristölluninni. Á Mynd 3.17 sem er endurvarpsmynd tekin í rafeindasmásjá er magnetít merkt A og ilmenít merkt B. Hægra megin við A er ólivín (ljósgrár), efst til hægri er cpx (meðalgrár) og einnig neðan við ol og mt kristallana. Vinstri jaðar myndarinnar og neðsti hluti hægra megin er pl, sem er dekkstur á SEM-myndinni (lægsta endurvarp). Mynd SEM-mynd af sýninu RSG49. Titanómagnetít með ilmenít-afblöndum er merkt A en ilmenít-míkródíll er merktur B. Afblöndunin í magnetítinu sýnir tvær stefnur; líklegast svonefnda Trellis-afblöndun á flötinn 111 (Buddington og Lindsley, 1964). Mynd 3.17 sýnir að mörkin milli kristalla eru skýr, enginn intergranúlar massi er til staðar. Það virðist sem mt-ilm kristallinn A sé fylling milli annarra fasa. Aftur á móti er ilm-listinn B eldri en cpx kristallinn, sem umlykur hann. Afblöndunarhvörfin í títanómagnetít-kristalnum eru að líkindum virk niður undir Curie punkt mt (um 600 C) eða jafnvel neðar. Það er því líklegt að RSG49, sem er gróft grágrýti, hafi kólnað hægt. Í Töflu 4 er jafnvægishnit og súrefnisþrýstingur tveggja magnetít/ilmenít para reiknaður með forritinu ILMAT (Andersen & Lindsley 1985). Oxíðin, sem eru tekin fyrir, eru raunar 23

36 míkródílar milli silikatkristalla. Í sýninu RSG49 virðist lokahiti vera rétt neðan við 1000 C en í sýninu MIL14 um 780 C. Niðurstaðan er sú að hinni eiginlegu kristöllun lýkur þegar cpx tekur að kristallast en að kristöllunarferli oxíðanna, sem þá hafa myndast eins og ilmenít á Mynd 3.17 sýnir, haldi áfram með afblöndun við súbsólidus aðstæður niður undir Curiepunkt mt. Súrefnisþrýstingurinn, sem reiknast úr mt/ilm pörunum er nokkuð hærri en FMQ miðað við hitastig enda afblöndunin vafalítið komin til af oxun. Tafla 4 SEM-efnagreiningar á Fe-Ti Oxíðum í sýnum MIL 14 og RSG49. Útreikningar gerðir með forritinu Geothermobarometer : Andersen & Lindsley (1985): ILMAT: A Magnetite-Ilmenite Geothermobarometry Program (version 1.20) MIL14 MIL14 RSG49 RSG49 Mt Im Mt Im FeO TiO SUM Mol % Usp Mol % Ilm T C/log(fO2) 774/ /-12.4 Það er einmitt á hitabilinu neðan við 700 C, sem kólnandi berg dregst mest saman. Í dulkornóttu basalti og þá einnig í mjög fínkorna grágrýti veldur þessi samdráttur stuðlamyndun, sem ekki sést í meðalgrófu og grófu grágrýti. Þar sem þanstuðlar pl (2-3 [µm/m]/ C) og ol eða cpx (6-7 [µm/m]/ C) eru mjög mismunandi (Ahrens, 1995) gefur auga leið að kólnun grágrýtis veldur miklum áverka á kristalla þess. Ætla mætti að berg með 50% pl og jafn mikið af ol og cpx dragist saman um 3 mm/m við kólnum frá 700 C í 0 C. Til að kanna kólnunaráverka á grágrýti var sýnið RSG49 látið liggja í um 1M silfurnítrat-lausn í sólarhring en síðan þurrkað og yfirborðið slípað af. Mynd 3.17 er einmitt af þeim fleti og þar sjást fíngerðar sprungur eins og hvítar rákir, til dæmis á svæði merktu C. SEM-tæknin hefur þann eiginleika að þung frumefni endurvarpa rafeindum langt umfram léttu frumefnin. Silfur er því merkjanlegt í litlum mæli þannig að sprungukerfi grágrýtisins sést eins og ljósir taumar. Sprungurnar eru tæpast breiðari en 0.1 µm en mynda samt gegndræpt hárpípunet um bergið. Þetta fyrirbæri er að öllum líkindum meginástæðan fyrir litlu veðrunarþoli grágrýtis; það sogar í sig vökva í hárpípukerfinu, sem er orsök frost- og saltveðrunar. Einnig er líklegt að þetta fyrirbæri sé ástæða þess að grófir grágrýtisflákar mynda ekki stuðla; þeir eru þegar sprungnir. Það er ekki útilokað að vatnsgufa úr heitu undirlagi hrauna eigi greiðan aðgang að berginu gegn um hárpípunetið og gæti það viðhaldið oxunarafblöndun mt-usp kristalla niður undir 700 C. 24

37 4 Umræða 4.1 Kristöllunarlíkan fyrir grágrýti COMAGMAT Það er staðfest að kristöllun grágrýtis er mjög lík því sem ráða má af Fo-Di-An kerfinu (Presnall ofl., 1978). Magnhlutföll kristallanna eru samt þónokkuð mismunandi í mismunandi sýnum. Til að kanna samband magnhlutfalla kristallanna og efnasamsetningar bergsins voru þrjú sýni valin til líkanreiknings í forritinu COMAGMAT (Ariskin og Barmina, 2004). Sýnin spanna MgO-svið grágrýtanna (Tafla 2); Mil 14 með 10,75 %, RSG 49 með 8,32 % og MIL 12 með 7,15%. Forritið reiknar T(liq) og kristöllunarröð kvikunnar en einnig magn þeirra kristalla, sem falla út. Forritið er einkum ætlað fyrir basaltlíkön en í þessu tilfelli var það stillt á að ná 95% kristöllun. Fæstir reikningarnir ná samt svo langt þar sem forritið hættir við lægri kristöllun og gefur viðvörun um að efnadiffrun sé lokið þar sem að steindasamsetningin er hætt að breytast. Líkanið var stillt á jafnvægiskristöllun við FMQ aðstæður en einnig keyrt við FMQ+1 og FMQ-1 til samanburðar. Í öllum tilfellum er kvikan basísk allt til enda þótt hækkun í kalíum og fosfór ásamt nokkurri hækkun í kísli verði undir lokin. Mynd 4.1 Kristöllunarlíkan (COMAGMAT) fyrir sýnið MIL 14 (Tafla 2). Lóðrétti ásinn merkir hitastig í C en lárétti ásinn merkir fjölda fasa í reiknilíkaninu COMAGMAT. 25

38 Mynd 4.2 Kristöllunarlíkan (COMAGMAT) fyrir sýnið RSG 49 (Tafla 2). Lóðrétti ásinn merkir hitastig í C en lárétti ásinn merkir fjölda fasa í reiknilíkaninu COMAGMAT. Mynd 4.3 Kristöllunarlíkan (COMAGMAT) fyrir sýnið MIL 12 (Tafla 2). Lóðrétti ásinn merkir hitastig í C en lárétti ásinn merkir fjölda fasa í reiknilíkaninu COMAGMAT. 26

39 Myndir sýna greinilegan mun á kristöllun sýnanna eftir MgO-innihaldi. Þrennt getur gerst, ol er fyrsti fasi, ol og plag falla út saman allt frá byrjun eða að pl sé fyrsti fasi. Það er greinilegt að T(liq) er lægstur þar sem bæði ol og plag eru á liquidus enda er sú samsetning frá upphafi næst hitalágmarki kerfisins Fo-Di-An. Það er unnt að rekja textúr grágrýtis að nokkru leyti til kristöllunarferlanna; dílar í fínkorna bergi eru annaðhvort ol eða plag eða báðir; flákar af ólivín og einnig en sjaldnar af plag myndast í því magni að þeir byrja að mynda bönd í hægflæðandi kvikunni. Milli bandanna vex síðan hinn aðalfasinn, oftast ol og saman mynda böndin fláka af fíngerðri straumflögun. Í öllum tilfellum er þessi upphafstextúr ol og plag loks steyptur inn í cpx-umgjörð, sem myndar ófítískan textúr bergsins. Reiknaða modalsamsetningu fyrir sýnin MIL 12, MIL 14 og RSG 49 má sjá í Töflu 5. Þar er hvert sýni reiknað við mismunandi súrefnisþrýsting: FMQ-1, FMQ og FMQ+1. Tafla 5 sýnir reiknaðan kristöllunarferil grágrýtissýnanna MIL12, MIL14 og RSG49 við mismunandi þrýsting. Sýnd eru MODAL-hlutföll steinda við hitastigið T(term) þar sem forritið hættir. Útreikningar gerðir með COMAGMAT líkanreikni. Sýni T(liq) Oliv Plag Aug Pigeonite Magn T(term) %(term) MIL12, FMQ /83% MIL12, FMQ /93% MIL12, FMQ /93% RSG49, FMQ /82% RSG49, FMQ /93% RSG49, FMQ /94% MIL14, FMQ /83% MIL14, FMQ /83% MIL14, FMQ /81% Í töflunni (Tafla 5) kemur fram nokkur munur í fasahlutföllum grágrýtisins við mismunandi oxunaraðstæður. Mestur er munurinn í mt eins og vænta mátti en einnig er marktæk minnkun í ol við eitt log-stig í súrefnisþrýstingi. Það er greinilegt að oxaðar aðstæður eru líklegri til að leiða til myndunar pigeoníts, sem ekki fannst í þessu verkefni. Þótt forritið endi útreikningana við hitastig T(term) ofan við T(solidus), sem er því ekki skilgreint hitastig, er reiknaða MODAL-samsetningin nauðalík CIPW-norminu í Töflu 2. Í síðasta dálki töflunnar er skráð magn kristalla %(term), sem myndast hafa þegar reikningana þrýtur. Á Mynd 4.4 eru reiknuð hitastig í grágrýtiskristöllun, tekin úr Töflu 5, merkt inn á FMQferilinn. Það er ekki fjarri lagi að öll megineinkennin í textúr grágrýtis reynist fyrirsegjanleg út frá efnagreiningum og líkanreikningum. Aftur á móti er þar ekki að finna ástæður þess hve algengt er að finna stóra bleik-oxaða fláka í grágrýtisbreiðum. Á Mynd 4.4 eru einnig dregnir reiknaðir (Robie ofl., 1978) jafnvægisferlar fyrir sundrun koldíoxíðs og vatnsgufu. Þessir ferlar eru vissulega ekki búffer-ferlar en við ofgnótt vatnsgufu 27

40 er greinilegt að berg við FMQ aðstæður verður fyrir oxunaráverka í snertingu við þessar lofttegundir. Þar er óhjákvæmilegt að þykk grágrýtishraun hafi oft þakið blautt land, sem veldur suðu og uppgufun vatns T (Curie) mt 10 log(fo 2 ) OXUN T (83%) T (liq) 25 T (sol) Hitastig C H2O CO2 QFM HM Mynd 4.4 Súrefnisþrýstingur og kristöllun sýnisins MIL14 við FMQ-ferilinn. Bræðslumark er merkt T (liq), hitastig við 83% kristöllun er merkt T (83%) og storknunarhiti skv. mt-im reikningi er merktur T (sol). Jafnvægisferlar fyrir vatnsgufu (blá lína) og koldíoxíð (appelsínugul-punktalína) eru sýndir ofantil á myndinni. Rauð ör, sem tengir FMQ-línuna og vatnsferilinn, á að tákna oxun bergs í snertingu við vatnsgufu við hitastig milli T (sol) og T (Curie) fyrir magnetít. Það sem áður er rakið um óhjákvæmilega myndun sprungunets í grágrýtinu gæti auðveldað vatnsgufu leið upp í kólnandi hraunin og valdið oxun. Þetta er gefið til kynna með rauðri ör á Mynd 4.4, sem vísar frá hugsanlegum solidushita í átt að jafnvægisferli vatnsgufu við Curiepunkt mt. 28