코마티아이트

3. 지구화학

코마티아이트 조성의 마그마는 용융점이 매우 높아, 계산된 분출 온도는 최대 1600 °C 이상일 수 있다.^[6][7][8][9] 현무암 용암은 일반적으로 약 1100~1250 °C의 분출 온도를 갖는다. 코마티아이트를 생성하는 데 필요한 더 높은 용융 온도는 시생대 지구의 지열 경사가 더 높았기 때문인 것으로 추정된다.

코마티아이트 용암은 분출 시에 유동성이 매우 높았다. (암석의 밀도를 가지면서 점성은 물에 가까웠다). 약 1200 °C의 하와이 맨틀 플룸 현무암 용암과 비교했을 때, 코마티아이트 용암은 표면을 빠르게 흘러 매우 얇은 용암류(최대 10 mm 두께)를 남겼다.

코마티아이트의 화학 조성은 부분 용융 정도의 차이로 인해 현무암 및 기타 일반적인 맨틀 기원의 마그마와 다르다. 코마티아이트는 일반적으로 50% 이상으로 높은 부분 용융으로 형성된 것으로 여겨지며, 따라서 MgO 함량이 높고 K₂O 및 기타 비공존 원소 함량이 낮다.

코마티아이트에는 두 가지 지구화학적 종류가 있다. 알루미늄 미고갈 코마티아이트(AUDK, 그룹 I 코마티아이트)와 알루미늄 고갈 코마티아이트(ADK, 그룹 II 코마티아이트)는 Al₂O₃/TiO₂ 비율에 따라 정의된다. Al 고갈 코마티아이트는 높은 부분 용융도로 생성되는 것으로 모델링되었으며, Al 미고갈 코마티아이트는 얕은 깊이에서 높은 부분 용융도로 생성된다. 그러나 코마티아이트류의 누적대에서 채취한 크롬 스피넬 그룹의 유체 포유물에 대한 최근 연구에 따르면 단일 코마티아이트 흐름은 Al₂O₃/TiO₂ 비율 범위의 모체 마그마의 혼합에서 파생될 수 있으며, 다른 코마티아이트 그룹의 형성에 대한 이러한 해석에 의문을 제기한다.^[10]

보니나이트 마그마 작용은 코마티아이트 마그마 작용과 유사하지만, 섭입대 위의 유체 플럭스 용융으로 생성된다. MgO가 10–18%인 보니나이트는 코마티아이트보다 대이온 친석 원소(LILE: 바륨, 루비듐, 스트론튬) 함량이 더 높은 경향이 있다.

코마티아이트는 다음의 IUGS 지구화학적 기준에 따라 분류될 수 있다.^[14]

• SiO₂ 52 중량% 미만
• MgO 18 중량% 초과
• K₂O + Na₂O 1 중량% 미만
• TiO₂ 1 중량% 미만

4. 형태 및 산출

코마티아이트 마그마는 용융점이 매우 높아, 분출 온도는 최대 1600℃ 이상으로 계산된다.^[6][7][8][9] 이는 일반적인 현무암 용암의 분출 온도(약 1100~1250℃)보다 훨씬 높은데, 시생대 지구의 지열 경사가 더 높았기 때문으로 추정된다.

코마티아이트 용암은 분출 시 물과 점성이 비슷할 정도로 유동성이 매우 높았다. 당밀이나 꿀처럼 흐르는 하와이 맨틀 플룸 현무암 용암과 비교하면, 코마티아이트 용암은 표면을 빠르게 흘러 매우 얇은 용암류(최대 10mm 두께)를 남겼을 것이다. 따라서 시생대 암석에 보존된 주요 코마티아이트 시퀀스는 용암 동굴이나 용암 웅덩이 등에 코마티아이트 용암이 축적된 것으로 여겨진다.

코마티아이트는 부분 용융 정도의 차이로 인해 현무암 및 기타 맨틀 기원 마그마와 화학 조성이 다르다. 일반적으로 50% 이상의 높은 부분 용융으로 형성되어 MgO 함량이 높고, K₂O 및 기타 비공존 원소 함량이 낮다.

코마티아이트는 Al₂O₃/TiO₂ 비율에 따라 알루미늄 미고갈 코마티아이트(AUDK, 그룹 I)와 알루미늄 고갈 코마티아이트(ADK, 그룹 II)의 두 가지 지구화학적 종류로 나뉜다. 이 두 종류는 용융 생성 깊이와 관련된 암석학적 근원 차이를 나타내는 것으로 추정된다. Al 고갈 코마티아이트는 소스 내 석류석이 용융되지 않는 고압에서, Al 미고갈 코마티아이트는 얕은 깊이에서 높은 부분 용융도로 생성되는 것으로 알려져 있다. 그러나 최근 연구에서는 단일 코마티아이트 흐름이 Al₂O₃/TiO₂ 비율 범위의 모체 마그마 혼합에서 파생될 수 있다는 결과가 나와, 이러한 해석에 의문이 제기되기도 한다.^[10]

보니나이트 마그마 작용은 코마티아이트와 유사하지만, 섭입대 위의 유체 플럭스 용융으로 생성된다. 보니나이트는 코마티아이트보다 바륨, 루비듐, 스트론튬과 같은 대이온 친석 원소 함량이 더 높은 경향이 있다.

코마티아이트는 종종 베개 용암 구조를 보이며, 용암류의 단단한 상부 껍질을 형성하는 수중 분출과 일치하는 자가 파쇄된 상부 가장자리를 나타낸다. 근접 화산암상은 더 얇고 황화물 퇴적물, 흑색 셰일, 처트, 그리고 톨레아이트질 현무암과 섞여 있다. 코마티아이트는 비교적 습한 맨틀에서 생성되었음을 시사한다.

마그네슘 성분이 18% 이상으로 높고, 실리카 등 다른 성분이 적은 특징을 가지므로, 칼륨 등이 풍부한 킴벌라이트와도 다르다.

알루미늄의 유무에 따라 2가지 종류로 나뉘며, 이는 맨틀 내부에서의 부분 용융 정도에 따른 것이다.

코마티아이트 용암은 유동성이 현저하여, 틈새로 들어가 두꺼운 퇴적층을 만들지 않았다. 하지만, 실 형태로 500m의 두께를 가지는 경우가 있으며, 니켈, 코발트, 금이 풍부하여 오스트레일리아, 캐나다, 남아프리카 공화국, 가이아나 순상지에서 광상으로서 가치가 높다.

4. 1. 조직적 특징

4. 2. 화산학

• A1 – 베개 용암 및 변정질 냉각된 흐름 상부, 종종 퇴적물과 점이적 관계
• A2 – 빠르게 냉각된 깃털 모양의 침상 감람석-사방휘석-유리대로 이루어진 구역으로, 흐름 단위 상부에 냉각 연변을 나타낸다.
• A3 – 다발 모양 및 책 모양 감람석 스피니펙스로 구성된 감람석 스피니펙스 시퀀스로, 흐름 상부에 하향 성장하는 결정 축적을 나타낸다.
• B1 – 감람석 중누적암에서 정누적암까지로, 흐르는 액체 용융물에서 성장한 해리사이트를 나타낸다.
• B2 – 93% 이상의 맞물린 등립 감람석 결정으로 구성된 감람석 누적암
• B3 – 감람석 누적암에서 중누적암까지로 구성된 하부 냉각 연변, 더 미세한 입자 크기

4. 3. 관입 코마티아이트

5. 경제적 중요성

코마티아이트의 경제적 중요성은 1960년대 초 오스트레일리아 서부 캄발다에서 대규모 니켈 황화물 광물화가 발견되면서 처음으로 널리 알려졌다. 현재 코마티아이트가 품고 있는 니켈-구리 황화물 광물화는 전 세계 니켈 생산량의 약 14%를 차지하며, 주로 오스트레일리아, 캐나다, 남아프리카 공화국에서 생산된다.^[21]

코마티아이트는 오스트레일리아, 캐나다, 남아프리카 공화국, 그리고 최근에는 남아메리카의 가이아나 순상지에서 니켈 및 금 광상과 관련되어 있다. 코마티아이트 용암은 유동성이 현저하여, 틈새로 들어가 두꺼운 퇴적층을 만들지 않았다. 하지만, 실 형태로 500m의 두께를 가지는 경우가 있으며, 니켈, 코발트, 금이 풍부하여 오스트레일리아, 캐나다, 남아프리카 공화국, 가이아나 순상지에서 광상으로서 가치가 높다.^[21]

참조

_[1] 논문 IUGS reclassification of the high-Mg and picritic volcanic rocks https://doi.org/10.1[...] 2000
_[2] 논문 Evidence for the existence of a mobile extrusive peridotitic magma from the Komati Formation of the Onvernacht Group 1969
_[3] 서적 Komatiite Cambridge University Press 2008
_[4] 서적 Plates, Plumes and Mantle Convection Cambridge University Press 1999
_[5] 논문 Thermal history of the Earth and its petrological expression https://doi.org/10.1[...] 2010
_[6] 논문 Constraining the potential temperature of the Archaean mantle: A review of the evidence from komatiites https://doi.org/10.1[...] 1993
_[7] 논문 A new model for Barberton komatiites: Deep critical melting with high melt retention https://doi.org/10.1[...] 2012
_[8] 논문 Petrogenesis and geochemistry of Archean Komatiites https://doi.org/10.1[...] 2016
_[9] 논문 Age, Origin, and Thermal Evolution of the ultra-fresh ~1.9 Ga Winnipegosis Komatiites, Manitoba, Canada https://doi.org/10.1[...] 2017
_[10] 간행물 Chrome spinel-hosted melt inclusions in Paleoproterozoic primitive volcanic rocks, northern Finland: Evidence for coexistence and mixing of komatiitic and picritic magmas 2013
_[11] 간행물 Intraplate origin of komatiites inferred from trace elements in glass inclusions 1993-09
_[12] 간행물 A subduction origin for komatiites and cratonic lithospheric mantle 2004-06-01
_[13] 간행물 Igneous Rock Associations 10. Komatiites https://journals.lib[...]
_[14] 간행물 The IUGS systematics of igneous rocks 1991
_[15] 간행물 An Origin for Harrisitic and Granular Olivine in the Rum Layered Suite, NW Scotland: a Crystal Size Distribution Study 2006-11-13
_[16] 간행물 Fault-Controlled Magma Ascent Recorded in the Central Series of the Rum Layered Intrusion, NW Scotland 2020-10-09
_[17] 간행물 The Rum Igneous Centre, Scotland 2014-08
_[18] 간행물 The volcanology of komatiites as deduced from field relationships in the Norseman-Wiluna greenstone belt, Western Australia
_[19] 논문 An intrusive origin for the komatiitic dunite-hosted Mount Keith disseminated nickel sulfide deposit, Western Australia https://doi.org/10.2[...] 2005
_[20] 서적 地質学用語集 - 和英・英和 共立出版
_[21] 서적 理科年表 平成20年 丸善