Πετρογένεση των μεταμορφωμένων πετρωμάτων της νήσου Ικαρίας
Authors: Ηλιόπουλος Ιωάννης 
Published: August 2021

Η Ικαρία βρίσκεται στο ανατολικό τμήμα της Αττικο-Κυκλαδικής Μάζας, πολύ κοντά στην προς τα ανατολικά της συνέχιση, δηλ. τη Μάζα του Μεντερές. Διακρίνονται τρεις τεκτονικές/λιθοστρωματογραφικές ενότητες (Κτενάς 1969, Παπανικολάου 1978) που ξεκινώντας από τα κατώτερα μέλη προς τα ανώτερα είναι: α) η ενότητα Ικαρίας, β) η ενότητα Μεσαριάς, και γ) η ενότητα Κεφάλας. Καταγράφονται δύο γρανιτικά σώματα τα οποία διεισδύουν στην ενότητα Ικαρίας. Το μεγαλύτερο από αυτά είναι I-τύπου και καταλαμβάνει όλο το δυτικό τμήμα του νησιού, ενώ το δεύτερο είναι αρκετά μικρότερο με χαρακτηριστικά S-τύπου και εμφανίζεται κοντά στον οικισμό Ξυλοσύρτης (ΝΑ Ικαρία). Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν να αποκωδικοποιήσει τη μεταμορφική ιστορία των ενοτήτων αυτών και να εκτιμήσει τις μεταμορφικές συνθήκες σχηματισμού τους. Η προσέγγιση που ακολουθήθηκε είχε δύο σκέλη, ένα με χαρακτήρα επαγωγικό και ένα με το χαρακτήρα της μοντελοποίησης. Η επαγωγική προσέγγιση συμπεριλαμβάνει κατά πρώτον την έρευνα πεδίου (χαρτογράφηση και δειγματοληψία περισσότερων των 600 δειγμάτων) και την πετρογραφική παρατήρηση σε πολωτικό μικροσκόπιο, και κατά δεύτερο, τη χρησιμοποίηση τεχνικών όπως περιθλασιμετρία και φθορισιμετρία ακτίνων Χ, μικροανάλυση και ηλεκτρονική μικροσκοπία. Η προσέγγιση μέσω μοντελοποίησης είχε ως σκοπό: α) τη διερεύνηση των δυνατοτήτων που προσφέρει η κατασκευή και χρήση ισοχημικών τομών P/T διαγραμμάτων φάσεων (pseudosections) και η δυναμική τους ως πετρολογικού εργαλείου, και β) η μοντελοποίηση των μεταπηλιτικών παραγενέσεων της κύριας τεκτονομεταμορφικής ενότητας της Ικαρίας (Ενότητα Ικαρίας). Η ενότητα Ικαρίας υποδιαιρείται στις ακόλουθες υποενότητες, ξεκινώντας από τη βάση: α)το Μάρμαρο Νίκαρη, β) την ακολουθία των Γνευσίων Πλαγιάς στην οποία απαντώνται μεταπηλίτες (σχιστόλιθοι και γνεύσιοι) με ενδιαστρώσεις και φακούς αμφιβολιτών, ασβεστοπυριτικά πετρώματα και χαλαζίτες, γ) το Μάρμαρο Πούντας που αποτελείται από ασβεστιτικά και δολομιτικά μάρμαρα με σπάνιους μεταβωξιτικούς φακούς, και δ) ο σχηματισμός Πετροπουλίου στον οποίο συμμετέχουν μεταπηλίτες πλούσιοι σε χλωρίτη, αμφιβολίτες, ασβεστοπυριτικά πετρώματα και μάρμαρα. Τα Ι- και S-τύπου γρανιτικά σώματα διεισδύουν στην ενότητα Ικαρίας κατά το κάτω Μειόκαινο, προκαλώντας τοπικά ανακρυστάλλωση λόγω θερμικής μεταμόρφωσης και δημιουργία τυπικών ορυκτών αυτού του είδους μεταμόρφωσης, όπως: ανδαλουσίτη, κορδιερίτη, σιλλιμανίτη (στα μεταπηλιτικά δείγματα), σκαπόλιθο, κλινοζωϊσίτη (στα ασβεστοπυριτικής σύστασης πετρώματα), και πυρόξενο, γρανάτη (στα μεταβασικά πετρώματα). Η ενότητα Μεσαριάς επωθείται επί της ενότητας Ικαρίας, και αποτελείται από μάρμαρα, πλούσιους σε γραφίτη ασβεστιτικούς σχιστόλιθους και φυλλίτες και σπάνιους πρασινοσχιστόλιθους. Η ανώτερη λιθοστρωματογραφική ενότητα της Κεφάλας, είναι ένα τεκτονικό ράκος καλύμματος και συνίσταται από μάρμαρα/κρυσταλλικό ασβεστόλιθο άνω Τριαδικής ηλικίας στα οποία διεισδύει ένα διοριτικής σύστασης πλουτώνιο σώμα, που προκαλεί τοπική άλω θερμικής μεταμόρφωσης με αποτελέσματα ανάλογα αυτών που παρατηρήθηκαν στις γρανιτικές διεισδύσεις. Η γεωχημική μελέτη σε επιλεγμένα αντιπροσωπευτικά δείγματα όλων των ενοτήτων προσδιόρισε το θολεϊτικό τύπου MORB χαρακτήρα των μεταβασικών πετρωμάτων, ενώ επιβεβαίωσε τον \\\\\\\\\\\\\\\"πάρα\\\\\\\\\\\\\\\" χαρακτήρα των ήδη χαρακτηρισμένων μέσω τη πετρογραφικής εξέτασης ως μεταϊζηματογενών πετρωμάτων, και επιπλέον πρότεινε ως πιθανό πρωτόλιθό τους τον πετρογραφικό τύπο των σχιστών αργίλων. Μέσω της ορυκτοχημείας προέκυψαν στοιχεία που υποδεικνύουν ότι οι μεταμορφικές συνθήκες τις οποίες έχουν υποστεί τα πετρώματα της ενότητας Ικαρίας κυμαίνονται μεταξύ της πρασινοσχιστολιθικής και της μέσης έως υψηλής αμφιβολιτικής φάσης, ενώ η ενότητα Μεσαριάς δεν πρέπει να έχει υποστεί συνθήκες ανώτερες εκείνων που χαρακτηρίζουν την πρασινοσχιστολιθική φάση. Ο συνδυασμός της πετρογραφικής παρατήρησης και της ορυκτοχημείας επέτρεψε να αναγνωρισθούν ορυκτές φάσεις οι οποίες για πρώτη φορά αναγνωρίστηκαν στην Ικαρία, όπως για παράδειγμα τα ορυκτά: ανδαλουσίτης, κορδιερίτης, σιλλιμανίτης, σκαπόλιθος, γιαροσίτης, αλλοκλασίτης/γκερσντορφίτης, οσμιρίδιο και συνχυσίτης. Ωστόσο ακόμη πιο σπάνιες ήταν οι ορυκτές φάσεις που αναγνωρίστηκαν στον Μn-ούχο λιθοτύπο \\\\\\\\\\\\\\\"Ικαρίτη\\\\\\\\\\\\\\\": σπεσσαρτίνης με σημαντικές ποσότητες μπλιθιτικού συστατικού (πλούσιο σε Mn3+), τεφροΐτη (Mn-ούχος ολιβίνης), κελσιανός και κυμρίτης (βαριούχοι άστριοι), ροδονίτης, βραουνίτης, γιακομπσίτης, πυροφανίτης (Mn-ούχος σπινέλιος). Στον ίδιο λιθολογικό τύπο αναγνωρίστηκε επίσης και μαγγανοκουμινγκτονίτης (\\\\\\\\\\\\\\\"τιροδίτης\\\\\\\\\\\\\\\") ο οποίος συνυπήρχε με Ca-ούχο αμφίβολο, συνύπαρξη που μόνο σπάνια έχει αναφερθεί στην διεθνή βιβλιογραφία, και αποτελεί πιθανά την πρώτη αναφορά του ορυκτού αυτού από τον ελλαδικό χώρο. Οι γεωθερμοβαρομετρικές εκτιμήσεις βασίστηκαν σε σημαντικό αριθμό γεωθερμοβαρομέτρων, χρησιμοποιώντας παλαιότερες αλλά και τις πιο πρόσφατες ρυθμίσεις τους. Οι συνθήκες P/T που προσδιορίστηκαν για την Ενότητα Ικαρίας, κυμαίνονται μεταξύ 441-623o C και 5.1-7.9 kbar, με τα ανώτερα μέλη της (δηλ. το σχημ/σμό Πετροπουλίου και τους μεταπηλίτες της ακολουθίας των Γνευσίων Πλαγιάς χωρίς γρανάτη και αλουμινοπυριτική φάση), να εμφανίζουν τους χαμηλότερους βαθμούς μεταμόρφωσης (ανώτερη πρασινοσχιστολιθική ως κατώτερη αμφιβολιτική) και τα κατώτερα μέλη της (δηλ. ακολουθία Γνευσίων Πλαγιάς) να προσεγγίζουν ως και την ανώτερη αμφιβολιτική φάση. Οι υψηλότερες πιέσεις (9.5-11.9) και οι χαμηλότερες θερμοκρασίες (~320-340o C) στην Ικαρία, καταγράφηκαν στους φυλλίτες της ενότητας Μεσαριάς. Ιδιαίτερου ενδιαφέροντος στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής ήταν οι μεταβωξιτικές εμφανίσεις καθώς και ο μεταμαγγανιούχος λιθοτύπος γνωστός ως \\\\\\\\\\\\\\\"Ικαρίτης\\\\\\\\\\\\\\\" (κατά Κτενά, 1969), ο οποίος εμφανίζεται σε κοντινή σχετικά απόσταση (<500m) από τον διεισδύοντα γρανίτη του Ξυλοσύρτη. Τα μεταβωξιτικά πετρώματα της Ικαρίας ταξινομούνται πετρογραφικά ως σμύριδα, τα δε γεωχημικά τους χαρακτηριστικά δείχνουν γενετική συσχέτιση με τις βωξιτικές αποθέσεις Ιουρασικής ηλικίας που παρατηρούνται αρκετά δυτικότερα, στον ηπειρωτικό ελληνικό χώρο, υποδεικνύοντας παρόμοια ηλικία για τους πρωτόλιθούς τους. Η ορυκτοχημεία των ορυκτών φάσεων που αποτελούν τα πετρώματα αυτού του τύπου βοήθησε στην εκτίμηση των μεταμορφικών συνθηκών που οδήγησαν στη δημιουργία τους, καθώς και στη σύγκρισή τους με παρόμοιου τύπου μεταβωξιτικές εμφανίσεις στο Αττικοκυκλαδικό σύμπλεγμα και το γειτονικό του σύμπλεγμα του Μεντερές (νοτιοδυτική Τουρκία). Η μελέτη των πετρωμάτων αυτών εστιάστηκε ιδιαίτερα στο ζεύγος γκανίτη (Zn-σπινελίου) – Zn-χεγκμπομίτη, που αν και συμμετείχαν σε μικρές αναλογίες, ήταν δυνατό να δώσουν σημαντικές πληροφορίες για την πορεία που ακολούθησαν οι πορείες P-T στις οποίες οφείλεται ο σχηματισμός τους. Το σχήμα ζώνωσης που παρατηρήθηκε στα ορυκτά αυτά, και κυρίως στον Zn- χεγκμπομίτη, υποδεικνύουν προοδευτικού τύπου μεταμόρφωση. Η περιεκτικότητα σε Zn του συνυπάρχοντα γκανίτη βρίσκεται ανάμεσα στις υψηλότερες που έχουν αναφερθεί σε παρόμοιου τύπου πετρώματα (πχ. Σάμος και Μεντερές). Σε δείγματα από το Mn-ούχο λιθοτύπο \\\\\\\\\\\\\\\"Ικαρίτη\\\\\\\\\\\\\\\" βρέθηκαν να συνυπάρχουν πλέον των 20 ορυκτών φάσεων σε επιφάνεια έκτασης που αντιστοιχεί στις διαστάσεις μίας τυπικής λεπτής τομής, πολλές από τις οποίες αναφέρονται για πρώτη φορά από την Ικαρία, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω. Ως πιο πιθανή διεργασία για το σχηματισμό του λιθοτύπου αυτού προτείνεται η επίδραση πυρομετασωματικών ρευστών που συνδέονται γενετικά με την παρακείμενη γρανιτική διείσδυση του Ξυλοσύρτη. Ενδιαφέροντα αναμένεται να είναι τα αποτελέσματα που θα προκύψουν για τις συνθήκες P/T που οδήγησαν στο σχηματισμό του Ικαρίτη, μέσω της εν εξελίξει μελέτης του, στην κλίμακα των μικροπεριοχών του, που ορίζουν παραγενέσεις ισορροπίας. Η προσέγγιση που είχε το χαρακτήρα της πρόβλεψης, στηρίχτηκε στη χρήση ισοχημικών τομών P-T διαγραμμάτων φάσεων (isochemical P-T phase diagram sec-tions όπως προτείνεται σαν ονομασία τους από τους Tinkham & Ghent 2005), ευρύτερα γνωστών ως pseudosections, οι οποίες έχουν αποδειχθεί ως ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για τη μεταμορφική πετρολογία. Στην εργασία αυτή δοκιμάζεται η εφαρμογή του σε μεταπηλιτικά πετρώματα μετρίων βαθμών μεταμόρφωσης (πρασινοσχιστολιθική – αμφιβολιτική φάση) της κύριας λιθοστρωματογραφικής ενότητας της νήσου Ικαρίας (ενότητα Ικαρίας). Η χρήση τέτοιων διαγραμμάτων έδωσε τη δυνατότητα της μοντελοποίησης των παρατηρούμενων παραγενέσεων, καθώς και την αποκωδικοποίηση σημαντικού τμήματος της πορείας των μεταμορφικών συνθηκών P-T, που επέδρασαν επί των αντίστοιχων πετρωμάτων. Η δημιουργία ισοχημικών τομών με βάση δύο εκ των πλέον χρησιμοποιούμενων συστημάτων (KFMASH και MnKFMASH) για τρεις κύριες συστάσεις (ΑΙΚ, ΒΙΚ, και CIK) που προέκυψαν από την ομαδοποίηση παρομοίου χημισμού συστάσεων πετρωμάτων, επέτρεψε σε πρώτη φάση την αναγνώριση της επίδρασης του Mn στο σύστημα και την επιλογή του πλέον κατάλληλου συστήματος για την ιδανικότερη μοντελοποίηση της κάθε σύστασης/ομάδας παραγενέσεων. Τα διαγράμματα αυτά τέλος επέτρεψαν την με γεωθερμοβαρομετρικούς όρους προσέγγιση παραγενέσεων για τις οποίες η κλασική γεωθερμοβαρομετρία αδυνατεί να δώσει αποτελέσματα, λόγω της απουσίας των κατάλληλων ορυκτών φάσεων. Έγινε δυνατό να περιγραφούν δύο μεταμορφικά στάδια (στάδιο 1 και στάδιο 2), κάθε ένα από τα οποία αντιστοιχείται σε ξεχωριστό επεισόδιο θερμικής κορύφωσης. Τα τελευταία πιστεύεται ότι συνδέονται με τα μεταμορφικά επεισόδια που είναι υπεύθυνα για την τεκτονομεταμορφική ιστορία της Αττικο-Κυκλαδικής μάζας (Μ2 και Μ3, αντίστοιχα). Η παρούσα μελέτη έδειξε ότι η ενότητα Ικαρίας δέχτηκε μια μεταμόρφωση τύπου Barrow, με συνθήκες που αντιστοιχούν στην πρασινοσχιστολιθική έως μέση-ανώτερη αμφιβολιτική φάση. Τα πετρώματα της ενότητας Μεσαριάς επηρεάστηκαν κυρίως από μεταμορφικές συνθήκες της πρασινοσχιστολιθικής φάσης. Η καταγραφή του κατω-Ηωκαινικού γεγονότος υψηλής πίεσης (μεταμορφικό επεισόδιο Μ1) που επηρέασε την Αττικο-Κυκλαδικής μάζας στα πετρώματα της Ικαρίας δεν έγινε δυνατή. Μόνο ασθενείς ενδείξεις του γεγονότος αυτού έγινε δυνατόν να προσδιορισθούν, όπως η συχνή παρουσία γρανατικών εγκλεισμάτων σε κρυστάλλους ολιγοκλάστου των χαμηλότερου βαθμού μεταμόρφωσης σχιστόλιθων της ακολουθίας των Γνευσίων Πλαγιάς και των μεταπηλιτών του σχημ/σμου Πετροπουλίου. Ως πιο ξεκάθαρο στοιχείο ωστόσο του συγκεκριμένου μεταμορφικού επεισοδίου αναφέρεται η γεωβαρομετρική εκτίμηση υψηλών πιέσεων που πραγματοποιήθηκε για τους φυλλίτες της ενότητας Μεσαριάς. Τέλος, προτείνονται δύο εναλλακτικά μοντέλα για την περιγραφή της \\\\\\\\\\\\\\\"θερμικής μηχανής\\\\\\\\\\\\\\\", που ήταν υπεύθυνη για τη μεταμόρφωση και το μαγματισμό στην περιοχή της Ικαρίας. Το πρώτο βασίζεται στο αντίστοιχο προτεινόμενο από τον Μπορονκάϋ (1995) μοντέλο, το οποίο υποθέτει την ύπαρξη μιας μανδυακής πηγής που συνδέεται με τον μηχανισμό οπισθοχώρησης τεμάχους (slab roll-back). Οι διαδικασίες τήξης-αφυδάτωσης του τεμάχους αυτού παρήγαγαν ένυδρα τήγματα τα οποία κινούμενα ανοδικά προς την υπο-ηπειρωτική λιθόσφαιρα, έδωσαν γένεση στις γρανιτικές διεισδύσεις που παρατηρούνται στην περιοχή. Το δεύτερο μοντέλο είναι παρόμοιο με εκείνο που προτάθηκε από τους Whitney & Dilek (1998) για να ερμηνεύσουν την τεκτονομεταμορφική ιστορία της μάζας του Nidge, που αποτελεί τμήμα του κρυσταλλικού συμπλέγματος της κεντρικής Ανατολίας. Μέσω του μοντέλου αυτού προτείνεται η απόδοση του ενταφιασμού και της μερικής τήξης υλικού του φλοιού (κυρίως μεταγραουβακών και μετα-ανδεσιτών) στο ίδιο τεκτονομεταμορφικό καθεστώς, το οποίο είναι υπεύθυνο για την μεταμόρφωση που αποτυπώνεται στα μέλη της ενότητας της Ικαρίας.