Petrography, mineral chemistry, and origin of the Kuohenmaa orbicular rock from Kangasala, Southwest Finland.

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202110283947
Title: Petrography, mineral chemistry, and origin of the Kuohenmaa orbicular rock from Kangasala, Southwest Finland.
Author: Markkanen, Minna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202110283947
http://hdl.handle.net/10138/335802
Thesis level: master's thesis
Degree program: Geologian ja geofysiikan maisteriohjelma
Master's Programme in Geology and Geophysics
Magisterprogrammet i geologi och geofysik
Specialisation: Petrologia ja taloudellinen geologia
Petrology and Economic Geology
Berggrundsgeologi och ekonomisk geologi
Abstract: Kuohenmaan pallokivi (Kangasala, Pirkanmaa) on maailmanlaajuisesti yksi tunnetuimpia pallokiviä. Pallojen keskustat ovat koostumukseltaan peralumiinisia ja todennäköisesti sedimenttiperäisiä ksenoliitteja. Pallojen keskustoja ympäröivät kehät, jotka koostuvat vuorottelevista plagioklaasi- ja biotiittivaltaisista kehistä. Kuohenmaan pallokivestä tunnetaan kolme eri pallotyyppiä: proto-, pieni- ja isopalloinen. Protopalloilla on vain muutama kehä keskustan ympärillä, kun taas pienipalloisella on keskimäärin noin 50 kehää ja isoilla palloilla jopa 250 kehää. Kehien lisäksi yhdestä Kuohenmaan pallokivinäytteestä tavattiin myös ”comb layer” -tyyppinen kontaktisauma protopalloisen ja isopalloisen tyypin välistä. Tämän kontaktisauman rakenteet ja tekstuuri muistuttavat isojen pallojen ulkokehiä. Palloja ympäröi perusmassa, joka on yleisesti karkearakeista ja muodostaa paikoin lähes pegmatiittisia kohtia. Petrografiset havainnot tehtiin kahdeksasta eri näytteestä, jotka kerättiin usean eri museon ja näyttelyn kokoelmasta, joko käsinäytteenä tai valokuvina. Mineraalikemian aineisto mitattiin yhdestä isosta pallosta, jonka näyte saatiin käyttöön Helsingin yliopiston kokoelmasta. Kuohenmaan pallokiven päämineraalit ovat plagioklaasi, biotiitti, mikrokliini, muskoviitti ja kloriitti. Kehien rakenteet vaihtelevat aina pitkistä haarautuvista plagioklaasikiteistä hienorakeisiin plagioklaasi- ja biotiittirikkaisiin kehiin. Haarautuvat tai radiaaliset plagioklaasikehät koostuvat lähinnä oligoklaasista, mutta kiteiden väliin on kiteytynyt sisäkehillä myös kuitumaisia allaniittimassoja. Plagioklaasin koostumus muuttuu yleisesti fraktioivan kiteytymisen mukaisesti sisältä primäärimmistä koostumuksista kohti ulkoreunojen kehittyneempää koostumusta. Koostumus ei kuitenkaan muutu lineaarisesti, vaan kehien sisällä tapahtuu muutamia hyppäyksiä takaisin kohti primäärimpää koostumusta. Plagioklaasikiteet ovat heikosti vyöhykkeellisiä, mikä viittaa erittäin nopeaan kiteytymiseen. Biotiitti on puolestaan koostumukseltaan erittäin alumiinipitoinen (Al2O3 17.63–18.53) ja koostumuksen muutokset korreloivat plagioklaasin koostumusmuutosten kanssa, mikä viittaa yhteiseen muutokseen kiteytymisolosuhteissa. Nämä muutokset voisivat aiheutua magmapulsseista, jotka ovat kuljettaneet syvemmältä maankuoresta primäärimpää sulaa kiteytymissyvyydelle. Petrografisten ja mineraalikemian havaintojen perusteella Kuohenmaan pallokiven kiteytymiselle ehdotetaan mallia, jossa pallojen kiteytymistä ajaa paineen aleneminen. Paineen alenemasta seurannut sulan fluidisaturaatio on johtanut plagioklaasin tasapainoalueen kasvuun muiden mineraalifaasien kustannuksella ja lopulta likviduslämpötilan nousuun yli sulan lämpötilan, siten aiheuttaen nopean alijäähtymisen. Haarautuvat plagioklaasikiteet sisältävät runsaasti fluidisulkeumia, jotka kielivät yhdessä plagioklaasikiteiden välissä olevien kuitumaisten allaniittimassojen kanssa fluidisaturaatiosta. Fluidisulkeumien ja runsaasti REE-alkuaineita sisältävien mineraalifaasien tarkempi tutkimus voisi tuoda lisää informaatiota Kuohenmaan pallokiven kiteytymisolosuhteista ja fluidin alkuperästä.The orbicular quartz monzonite from Kuohenmaa, Southwest Finland, is one of the most beautiful and well-known orbicular rocks in the world. The cores of the orbicules are peraluminous in composition, most likely of xenolithic metasedimentary origin. The cores are surrounded by orbicule mantles, which consist of several alternating biotite- and plagioclase-rich shells. There are three types of orbicules in Kuohenmaa orbicular rock: proto-, small-, and large-orbicular types. Proto-orbicules have only a few shells, small orbicules ~ 50 shells in average, and large orbicules over 250 distinct shells. In addition to shells, one sample was observed to be associated with comb layering in the contact of proto-orbicular and large orbicular types. Structures and textures of the comb layer resembles those of the outer shells of large orbicules. The orbicules are embedded in interstitial coarse-grained groundmass that forms locally almost pegmatitic patches. The petrographic observations were acquired from eight samples or sample photographs gathered from different collections. A mineral chemistry dataset was measured from a single large orbicule from the University of Helsinki collections. The main minerals of the Kuohenmaa orbicular rock are plagioclase, biotite, microcline, muscovite, and chlorite. The shell textures vary from branching plagioclase-rich shells to fine-grained plagioclase- or biotite-rich shells. Branching shells are mainly oligoclase, but a few granular andesine crystals were detected in the core. Peculiar interstitial fibrous allanite masses were found in the inner branching plagioclase-rich shells. The plagioclase compositions generally follow a regular fractional crystallization trend from core to groundmass, but some changes towards more primary compositions are observed in the orbicule mantle. Plagioclase crystals display only minor compositional zoning, suggesting rather quick crystallization. Biotite is very aluminous (Al2O3 17.63–18.53) in composition, and the compositional changes seem to have somewhat positive correlation with plagioclase compositions, suggesting changes in their crystallization conditions. Injections of primary melt from a deeper source most likely caused the observed changes to more primitive composition in plagioclase and biotite composition. Through the detailed petrographic and geochemical studies, a model of undercooling caused by decompression driven fluid saturation is proposed as a mechanism for orbicule formation in the Kuohenmaa orbicular rock. Branching plagioclase with interstitial fibrous allanite masses and several fluid inclusions in plagioclase indicates separate aqueous REE-enriched melt and rapid crystallization. Further studies of fluid inclusions and REE-enriched phases could provide information of the fluid origin and crystallization conditions.
Subject: Orbicular rock
Kuohenmaa
Kangasala
geochemistry
crystallization
petrogenesis
pallokivi
geokemia
petrografia
kiteytyminen


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record