Xenolit och xenokristall: definition, bildning och vad de avslöjar om manteln

Upptäck hur xenoliter och xenokristaller bildas och vad de avslöjar om manteln — mineralspår, bildningsprocesser och vulkaniska inklusioner.

En xenolit (främmande sten) är ett stenfragment som omges av en annan sten.

Det sker mest i magmatiska bergarter när magma är tillräckligt flytande för att flyta runt fastare bergarter. Xenoliter kan täckas i kanten av en magmakammare, slitas loss från väggarna i ett lavaström eller plockas upp längs marken av strömmande lava på jordens yta. En xenokrist är en enskild främmande kristall som ingår i en magmatisk kropp. Exempel på xenokristaller är kvartskristaller i en lava med låg kiselhalt och diamanter i kimberlitdiatremer.

Även om termen xenolit oftast förknippas med vulkaniska inklusioner, kan en bred definition även omfatta stenfragment som har blivit inneslutna i sedimentära bergarter. Xenoliter finns ibland i meteoriter.

Xenoliter och xenokristaller ger viktig information om sammansättningen av den annars otillgängliga manteln. Basalter, kimberliter, lamproiter och lamprofyrar, som har sitt ursprung i den övre manteln, innehåller ofta fragment och kristaller som antas vara en del av mineralogin i den nedre manteln.

Bildning och mekanismer

Xenoliter bildas när ett fast bergartsstycke (stoped block eller fragment) tas upp av en stigande magmabubbla eller rörlig lavaström. Processen kan ske i olika miljöer: nära kanten av en magmakammare där block lossnar från väggarna, i lavaströmmar på ytan som skrapar upp lösa stenar, eller när magma transporterar material från djupare delar av skorpan och manteln. Faktorernas betydelse är bland annat magmaets viskositet, uppstigningshastighet och densitetsskillnader mellan inneslutningen och smältan.

Under uppstigningen kan xenoliten vara mer eller mindre förändrad: den kan förbli mekaniskt intakt, delvis smälta, reagera med omgivande magma och utveckla reaktionsskoror eller kemiskt utbytesmönster. Xenokristaller (enskilda främmande mineral) kan ha bildats i en äldre bergartsserie och sedan bevarats som inklusioner i en yngre magmatisk kropp.

Skillnad mot andra inklusionsformer

• Xenolit – främmande stenfragment inneslutet i magma eller lavaström.
• Xenokrist – en individuell främmande kristall i en magmatisk kropp.
• Kognat inklav (cognate enclave) – fragment av samma magmatyp eller nära släkting till värdmagman (ej riktigt "främmande").
• Antecryst – kristall som bildats tidigare i samma magmasystem och senare införlivats i yngre smälta; skiljer sig från xenokrist genom ursprung inom samma magmatiska system.

Vad de avslöjar om manteln och djupa processer

Xenoliter, särskilt peridotit- och eklogitfragment som kommer upp i basaltiska lavor eller kimberliter, är direkta prover från den övre manteln. Mineralogin (t.ex. förekomst av olivin, ortopyroxen, klinopyroxen, garnet eller spinel) och deras sammansättning ger information om:

• Djupet där fragmentet equilibrerade (garnet- vs. spinel-fasgränser används som indikation på tryck/djup).
• Temperaturen i mantelns geoterm (termobarometriska uppskattningar ger geotermiska gradienter).
• Kemisk sammansättning och heterogenitet i manteln (spårämnen och isotoper visar på delvis smältning, restsmältor och metasomatism).
• Tidpunkter och källområden för magmabildning via radiometrisk datering och isotopstudier (t.ex. Sr, Nd, Pb, Hf).

Kimberliter och lamproiter är särskilt viktiga eftersom de kan transportera djupmantelmaterial, inklusive diamanter, till ytan utan att fullständigt smälta dem. Analys av sådana xenoliter ger därför unik information om djupa förhållanden som annars är otillgängliga.

Texturer, kemiska tecken och tolkningar

Xenoliter kan uppvisa en rad texturer som speglar deras historieskrivning: skarpa kontaktytor, reaktionsskoror, partiell nedsmältning, resorptionsytor och mekanisk fragmentering. Mineral i xenokristaller kan bära mikroskopiska inklusioner som bevarar uppgifter om tryck, temperatur och ursprungligt magmatiskt eller metamorf sammanhang.

Geokemiska analyser (större- och spårelement samt isotopproportioner) används i kombination med mikroskopiska observationer och experimentell data för att bedöma om en xenolit representerar primär mantelrest, en delvis smält rest, eller ett metasomatisk omvandlat fragment.

Användningsområden och begränsningar

Xenoliter används inom forskning för att:

• kartlägga mantelns sammansättning och struktur under specifika områden,
• bestämma temperatur- och tryckförhållanden i djupet,
• spåra magmauppkomst och uppstigningsvägar,
• ligga till grund för prospektering av diamantbärande kimberliter.

Samtidigt finns begränsningar: xenoliter kan ha förändrats under uppstigningen (termisk påverkan, reaktioner med smälta), kan vara icke-representativa för den omgivande manteln, och tolkningar kräver därför ofta flera linjer av bevis (mineralogi, textur, kemisk och isotopdata).

Praktiska observationer

I fält är xenoliter ofta lättast att känna igen som mörkare eller texturmåssigt avvikande klumpar i en mer finkornig lavamatrix. Större xenoliter kan utgöra meterstora block i vulkaniska utbrottsområden eller mindre centimeterstora stycken i pimpsten och lavaflöden. I laboratoriet används tunnslipundersökningar, elektronmikrosond, masspektrometri och andra analysmetoder för att bestämma deras historia och ursprung.

Sammanfattningsvis är xenoliter och xenokristaller viktiga fönster mot jordens inre: de ger direkta prover från djup som annars är svåra att nå och hjälper geologer att rekonstruera förhållanden och processer i skorpan och manteln.

Frågor och svar

F: Vad är en xenolit?

F: I vilken typ av bergart förekommer xenolit oftast?

F: Hur bildas xenolit i magmatisk bergart?

F: Var kan man hitta xenolit i magmatiska bergarter?

F: Vad är en xenokristall?

F: Vilka är exemplen på xenokristaller?

F: Vad betyder förekomsten av xenolit och xenokristall?

Sök med bokstav