On the occurrence of baddeleyite in zircon in silica-saturated rocks

Abstract (Swedish)

Baddeleyit (ZrO2) är ett viktigt mineral för U-Pb-geokronologi i kiselundermättade bergarter.
Vid kiselövermättade förhållanden reagerar baddeleyit med kvarts för att bilda zirkon. Trots detta beskriver jag i
denna uppsats baddeleyitdomäner inuti zirkoner från ett flertal kiselsövermättade bergarter. Det primära målet med
det här projektet är att beskriva fenomenet i detalj. För att göra detta har polarisationsmikroskopi och
svepelektronmikroskopi (inklusive röntgenemissionspektroskopi) använts. Med beskrivningarna som stöd föreslås
möjliga modeller för fenomenets ursprung. Dessa modeller innefattar både primära och sekundära processer. Som
primär process föreslås variationer i kiselaktivitet och som sekundär hydrotermal omvandling. Avslutningsvis
presenteras förslag på framtida undersökningar.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Åldersbestämning av bergarter med hjälp av uran- och blyisotoper (U-Pb-geokronologi) är en av de mest pålitliga dateringstekniker som står till förfogande för dagens geokronologer. Detta gäller om materialet är äldre än 50 000 år och inte innehåller någon organisk beståndsdel eftersom C14-metoden inte fungerar under dessa omständigheter. Två olika mineral är av stor vikt vid U-Pb geokronologi, baddeleyit (ZrO2) för kiselfattiga bergarter och zirkon (ZrSiO4) för kiselrika bergarter.

Under kiselmättade förhållanden finns det ett överskott på kisel i magman vid kristallisation av bergarter. Då reagerar vanligtvis baddeleyit med kiseldioxid (SiO2) och bildar zirkon. Trots detta kan man observera baddeleyit i kiselmättade bergarter. Två typer av baddeleyitdomäner har identifierats i dessa zirkoner. Den ena typen är regelbunden och följer zirkonkristallens tillväxtzonering (en zonering som till största del utmärks av varierande koncentrationer i spårelement såsom uran och torium), medan den andra är oregelbunden och saknar helt och hållet koppling till zirkonkristallens inre struktur. Sättet som den regelbundna baddeleyiten förekommer på talar för att den bildats av en primär process, dvs kristalliserat från en magma. Eftersom bergarterna som baddeleyiten förkommer i är kiselmättade måste magman också ha varit kiselmättad. Således borde zirkon ha kristalliserat, inte baddeleyit. För att förklara denna motsägelsefulla obseravtion antas att magman kan ha varit lokalt eller tillfälligt kiselomättad och att då baddeleyit kunnat kristallisera. En geologisk process som ger denna effekt är då två magmor av olika sammansättningar blandas till en ny magma med helt ny sammansättning. I sådana fall skulle en kiselfattig magma trängt in i den kiselmättade magman för att temporärt göra den nya sammansatta magman kiselomättad. Förekomsterna av oregelbunden baddeleyit har sannolikt inte bildats genom primära processer då dessa domäner helt saknar koppling till zirkonens inre struktur. Denna tolkning styrks av att fluidbildande metmorfosrelaterade processer (nedbrytning och omvandling av mineral när bergarten utsatts för tryck- och temperaturförändringar) har identifierats i en av de studerade bergarterna. I samma bergart är dessutom den låga halten plagioklas (kalcium - och natriumrikt silikatmineral) påtaglig. Dessa observationer tolkas som att tidigare nämnda grundämnen lämnat bergarten under ett tidigt stadium av metamorfosen. Ovanstående observationer och tolkningar ger ledtrådar till en möjlig förklaring: att heta och alkalina (kalcium- och natriumrika) fluider har bildats, vilka sedan kunnat tränga in i zirkonkorn och där genom reaktioner minskat kiselinnehållet. Detta har i sin tur lett till omvandling av zirkon till baddeleyit. Denna modell stöds av att oregelbunden baddeleyitförkomst ofta är associerad med sprickor i zirkonkornen (möjliga vägar för fluiderna att ta sig in) samt av den oregelbunda formen i sig.

Abstract

Baddeleyite (ZrO2) is an important mineral for U-Pb geochronology in silica undersaturated rocks. Under
silica saturated conditions, baddeleyite reacts to form zircon. Yet, I document baddeleyite domains within zircon
in several silica-saturated rock types. The primary aim of this project is to describe the phenomenon in detail.
To reach this aim polarisation microscopy and SEM-EDS analyses have been used. Based on the descriptions, possible
models for the origin of the phenomenon are suggested, including both primary and secondary processes. I
suggest that variations in the silica-activity might explain the occurrence of possible primary baddeleyite bands, and
that later hydrothermal processes are responsible for the formation of baddeleyite in alteration processes. Suggestions
on further analyses are also presented.

• author: Lewerentz, Alexander
• supervisor: Anders Scherstén
• organization: Department of Geology
• alternative title: Om förekomsten av baddeleyit i zirkon i kiselmättade bergarter
• year: 2010
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: zircon, baddeleyite, silica-saturated rocks, scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray spectroscopy, zirkon, baddeleyit, kiselmättade bergarter, svepelektronmikroskopi, röntgenemmissionspektroskopi
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 261
• language: English
• id: 2296609
• date added to LUP: 2012-01-18 15:32:24
• date last changed: 2014-10-24 03:44:46