Metasomatism and ophiolitic rocks
Authors: Καρκαλής Χρήστος 
Published: August 2022

Τα σερπεντινιωμένα υπερβασικά πετρώματα της Κεντρικής Εύβοιας εμφανίζονται στις περιοχές της Κύμης και του Παγώντα και χαρακτηρίζονται από διεισδύσεις φλεβών ροδιγκίτη. Οι εν λόγω ροδιγκίτες διακρίνονται στους ακόλουθους τέσσερις τύπους ανάλογα με τους πρωτόλιθους από τους οποίους προήλθαν: (i) ροδιγκίτες θολειϊτικών δολεριτών τύπου νησιώτικου τόξου (RIATD), (ii) ροδιγκίτες θολειϊτικών γάββρων πλούσιων σε Mg (RMTG), (iii) ροδιγκίτες αλκαλικών βασαλτών (RAB) και (iv) ροδιγκίτες ασβεσταλκαλικών βασαλτών (RCAB). Οι ροδιγκίτες που προέρχονταν από θολειϊτικούς δολερίτες και γάββρους αποτελούνται κυρίως από γρανάτη πλούσιο σε γροσσουλάριο, μαγματικό (υπολειμματικό) κλινοπυρόξενο, χλωρίτη και αμφίβολο. Από την άλλη πλευρά, οι ροδιγκιτιωμένοι αλκαλικοί και ασβεσταλκαλικοί βασάλτες περιέχουν γρανάτη (με ισορροπημένα ποσοστά ανδραδίτη και γροσσουλάριο), νεοβλάστες κλινοπυρόξενου, βεζουβιανίτη, χλωρίτη και ασβεστίτη ο οποίος εμφανίζεται σε πολύ μικρές ποσότητες. Σε αυτούς τους δύο τύπους ροδιγκιτών ο βεζουβιανίτης είναι κυρίαρχη ορυκτή φάση η οποία εμφανίζεται περισσότερο στα έντονα μετασωματωμένα πετρώματα, ενώ οι ροδιγκίτες που προέρχονται από ασβεσταλκαλικούς βασάλτες εμφανίζουν κατά κανόνα μεγάλα ποσοστά διοψίδιου σε σύγκριση με εκείνους των αλκαλικών βασαλτών. Η ροδιγκιτίωση εξελίχθηκε σε τρία διαδοχικά στάδια αυξανόμενου βαθμού μετασωμάτωσης. Το πρώτο στάδιο της ροδιγκιτίωσης εξελίχθηκε σε συνθήκες ~4 με 5 kbar και 350 με 450 oC, επηρέασε τους πρωτόλιθους όλων των τύπων ροδιγκιτών και χαρακτηρίστηκε από την κρυστάλλωση γροσσουλάριου, διοψίδιου, χλωρίτη και του πρενίτη. Σε αυτό το στάδιο έλαβαν χώρα χαρακτηριστικοί εμπλουτισμοί σε Ca και πτητικά συστατικά (όπως φαίνεται από τις τιμές του LOI), καθώς και απόπλυση του Si και των σπάνιων γαιών (REE), οι οποίες συνδέονταν σε μεγάλο βαθμό με τη διάλυση του μαγματικού κλινοπυρόξενου και πρωτογενούς αμφίβολου από τον πρωτόλιθο. Το δεύτερο μετασωματικό στάδιο επηρέασε κυρίως τους ροδιγκίτες των αλκαλικών και ασβεσταλκαλικών βασαλτών, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ανδραδίτη, βεζουβιανίτη και χλωρίτη σε βάρος των ορυκτών του πρώτου σταδίου. Το στάδιο αυτό έλαβε χώρα σε συνθήκες ~2 με ~4 kbar και ~ 200 έως ~ 350 oC Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, οι περιθωριακές ζώνες των ροδιγκιτικών φλεβών εμπλουτίστηκαν σε Mg και REE. Το τρίτο μετασωματικό στάδιο της αποροδιγκιτίωσης οδήγησε σε εμπλουτισμό Fet που συνοδεύτηκε από σημαντική κινητοποίηση ιχνοστοιχείων και σπανίων γαιών στους ροδιγκίτες των ασβεσταλκαλικών βασαλτών, με κατεύθυνση από τα περιθώρια προς τους πυρήνες των ροδιγκιτικών φλεβών. Το στάδιο αυτό εξελίχθηκε σε συνθήκες ≤ 2 kbar και 100 έως ~200 oC. Οι ισοτοπικές τιμές δ18Ο-δ13C καθαρού ασβεστίτη από δείγματα ροδιγκιτών, υποδηλώνει ότι οι διεργασίες ανθρακοποίησης έλαβαν χώρα σε μικρά βάθη στον πυθμένα του ωκεανού της Τηθύος, μεταξύ ενός ένα πιθανού εύρους θερμοκρασιών 44 και 176 oC. Η κρυστάλλωση ασβεστίτη προήλθε από την ανάμειξη θαλασσινού νερού και ρευστών της σερπεντινίωσης. Η ροδιγκιτίωση πολλαπλών μαγματικών πρωτόλιθων της ίδιας περιοχής (συμπεριλαμβανομένης της ασυνήθιστης περίπτωσης αλκαλικών βασαλτών) και ιδιαιτέρως μέσα από μία σειρά διαδοχικών σταδίων, καθιστά εξ όσων γνωρίζουμε τους ροδιγκίτες της Κεντρικής Εύβοιας μοναδικές εμφανίσεις μετασωματικών πετρωμάτων στην παγκόσμια βιβλιογραφία.Τα αποτελέσματα της θερμοδυναμικής μοντελοποίησης με τη χρήση του λογισμικού PERPLEX, σε συνδυασμό με τα γεω-θερμομετρικά αποτελέσματα που παρέχονται από τη χημική σύσταση ελάχιστων χλωριτών από το πρώτο μετασωματικό στάδιο, δείχνουν ότι αυτό το στάδιο αναπτύχθηκε πιθανώς σε ένα εύρος πίεσης-θερμοκρασίας από ~4 έως 5 kbar και 350 έως 450 oC. Περαιτέρω μείωση των συνθηκών P-T κατά την εκταφή των σερπεντινιτικών/ροδιγκιτών της σφήνας του μανδύα, είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία του δεύτερου σταδίου ροδιγκιτίωσης (κύριο στάδιο μετασωμάτωσης) σε ενδιάμεσες συνθήκες P-T από ~2 έως ~4 kbar και ~200 έως ~350 oC. Ακολούθησε το τελικό μετασωματικό στάδιο της αποροδιγκιτίωσης/ανθρακοποίησης που εξελίχθηκε σε ακόμη μικρότερα βάθη και σε χαμηλότερες συνθήκες P-T από ≤ 2 kbar και 100 έως ~200 oC. Τα ανθρακοποιημένα σερπεντινιωμένα υπερβασικά πετρώματα της Κεντρικής Εύβοιας εμφανίζονται σε αρκετές τοποθεσίες μεταξύ των όρων Καντήλι και Πυξαριά, καθώς επίσης και στις περιοχές της Χαλκίδας και της Κύμης. Τα πετρώματα αυτά ταξινομούνται κυρίως ως οφιτομαγνησίτες, οφιτασβεστίτες και λιστβανίτες, με την εμφάνιση των τελευταίων να περιορίζεται μόνο στην περιοχή μεταξύ Καντήλι και Πυξαριάς. Οι οφιτασβεστίτες και οφιτομαγνησίτες αποτελούνται από τεμάχη σερπεντινιτών οι οποίοι συγκολλούνται με ανθρακικά ορυκτά. Τα σερπεντινιτικά τεμάχη αποτελούνται επι το πλείστον από σερπεντίνη (κυρίως λιζαρδίτη) + ασβεστίτη + σπινέλιο ± δολομίτη ± Fe-Ti-οξείδια ± κλινοπυρόξενο, ενώ οι οφιτομαγνησίτες αποτελούνται από σερπεντίνη (κυρίως λιζαρδίτη) + μαγνησίτη + ολιβίνη + κλινοπυρόξενο + ορθοπυρόξενο + σπινέλο + μαγνητίτη ± χρωμίτη τάλκη ± κυπρίτη. Οι λιστβανίτες διαφέρουν ως προς τα ιστολογικά και δομικά τους χαρακτηριστικά σε σχέση με τα προαναφερθέντα πετρώματα, καθώς κατά κανόνα παρουσιάζουν λεπτοκοκκώδη έως μεσοκοκκώδη ιστό αποτελούμενο από μαγνησίτη + δολομίτη + χαλαζία + σερπεντίνη ± κρυπτοκρυσταλλικό διοξείδιο του πυριτίου ± ιντινγκσίτη. Συμπληρωματικά η παραγένεση περιλαμβάνει σπινέλιο + μαγνητίτη ± κλινοπυρόξενο ± βρουσίτη ± τάλκη ± κυπρίτη ± αδιαφανή οξείδια ± θειούχα ορυκτά. Τα ισοτοπικά δεδομένα δ18Ο-δ13C των ανθρακικών ορυκτών υποδηλώνουν ότι ο ασβεστίτης και ο μαγνησίτης ενδεχομένως σχηματίστηκαν εντός ενός θερμοκρασιακού εύρους της τάξης των ~34 έως ~99 oC και ~22 έως ~124 oC αντίστοιχα. Τα ισοτοπικά αποτελέσματα υποδηλώνουν επιπλέον ότι οι διεργασίες ανθρακοποίησης στην Κεντρική Εύβοια ήταν αποτέλεσμα ανάμειξης υδροθερμικών ρευστών και μετεωρικού νερού ή υδροθερμικών ρευστών και θαλασσινού νερού. Η θερμοδυναμική μοντελοποίηση με τη χρήση λογισμικού PERPLEX υποδηλώνει ότι οι οφιτασβεστίτες της Κεντρικής Εύβοιας σχηματίστηκαν σε θερμοκρασίες ~34 έως 99 οC και πιέσεις μεταξύ 0,5 και 1 kbar. Αυτές οι διαδικασίες συνδέθηκαν έντονα με εμπλουτισμούς σε Ca2+, πτητικά συστατικά και TOT/C, οι οποίοι αποδίδονται στην κρυστάλλωση ασβεστίτη. Σε ένα παρόμοιο πλαίσιο, έλαβε χώρα και ο σχηματισμός των οφιτομαγνησιτών σε πιέσεις ~28 and ~117 oC. Η δημιουργία οφιτομαγνησιτών χαρακτηρίστηκε από εμπλουτισμούς σε Mg2+, πτητικά συστατικά και TOT/C, λόγω της κρυστάλλωσης μαγνησίτη και σε μικρότερο βαθμό δολομίτη. Τα αποτελέσματα της θερμοδυναμικής μοντελοποίησης υποδεικνύουν ότι οι λιστβανίτες σχηματίστηκαν σε θερμοκρασίες ~22 έως ~124 oC. Η λιστβανιτίωση αναπτύχθηκε σε τρία διαδοχικά στάδια (συγκεκριμένα ανθρακικό, πυριτικό-ανθρακικό και πυριτικό στάδιο) αυξανόμενου μετασωματικού βαθμού, τα οποία χαρακτηρίστηκαν από κλιμακωτή αύξηση του ποσοστού του χαλαζία και μείωση του ποσοστού ανθρακικών ορυκτών. Οι παρατηρούμενοι εμπλουτισμοί σε Si αποδίδονται στην κρυστάλλωση χαλαζία, ενώ η περαιτέρω αύξηση του βαθμού λιστβανιτίωσης οδήγησε σε σημαντική απώλεια Mg2+ λόγω διάλυσης του μαγνησίτη. Από το συνδυασμό θερμοδυναμικών μοντέλων με τη μέση γεωθερμική βαθμίδα εξάγεται το συμπέρασμα ότι οι διαδικασίες της οφιτομαγνησιτίωσης και λιστβανιτίωσης έλαβαν χώρα σε βάθη ≤ 4 km, τα οποία αντιστοιχούν σε πιέσεις ≤ 1,2 kbar. Σε αντίθεση με τους λιστβανίτες, οι οφιτομαγνησίτες δημιουργήθηκαν σε συνθήκες XCaO και XSiO2 ≤ 0,3 και ≤ 0,5 αντίστοιχα. Όσον αφορά στην οφιτασβεστιτίωση, αυτή αναπτύχθηκε σε υψηλότερες αναλογίες XCaO σε σύγκριση με τη λιστβανιτίωση (XCaO: ~0,4-0,45), είτε μέσω άμεσης κρυστάλλωσης ασβεστίτη είτε από την αντικατάσταση του δολομίτη. Οι διαδικασίες στεατιτίωσης στην Κεντρική Εύβοια εξαρτήθηκαν σε μεγάλο βαθμό από την ενεργότητα του SiO2 στα μετασωματικά ρευστά. Στην περιοχή του Παγώντα, η στεατιτίωση είναι αποτέλεσμα μετασωμάτωσης από ρευστά υψηλής ενεργότητας SiO2. Τα ρευστά αυτά επηρέασαν σποραδικά ολόκληρη τη μάζα πολύ λεπτών φλεβών ροδιγκίτη σε σημεία που βρίσκονταν κοντά στη διεπιφάνεια της κατεισδύουσας πλάκας και του λιθοσφαιρικού μανδύα. Στην περίπτωση της Κύμης οι στεατίτες προήλθαν από μετασωματικά ρευστά με χαμηλότερες ενεργότητες SiO2 σε σύγκριση με αυτές του Παγώντα. Η παρουσία ασβεστίτη στους στεατίτες της Κύμης υποδηλώνει ότι η πυριτίωση πιθανότατα έλαβε χώρα σε ακόμη μικρότερα βάθη. Στις συνθήκες αυτές η είσοδος μετασωματικών ρευστών ευνοήθηκε από την ροή μέσω ασυνεχειών.Οι σχετικές χρονικές κλίμακες των μετασωματικών διεργασιών εκτιμήθηκαν με βάση τη διάχυση συγκεκριμένων ευκίνητων των χημικών στοιχείων, τα θερμοδυναμικά αποτελέσματα και τους γεωθερμομετρικούς υπολογισμούς, οι οποίοι συνδυάστηκαν με στρωματογραφικά δεδομένα, βιβλιογραφικά δεδομένα, πετρογραφικά αποτελέσματα και ενδείξεις κινητοποίησης κύριων στοιχείων και ιχνοστοιχείων. Ειδικότερα, οι εκτιμώμενες χρονικές κλίμακες με βάση τη διάχυση στοιχείων, τα οποία κινητοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια των μετασωματικών φαινομένων, υποδηλώνουν ότι οι μετασωματικές διεργασίες αναπτύχθηκαν με ρυθμούς από 1 m σε μερικές χιλιάδες χρόνια έως μερικές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια. Αυτοί οι ρυθμοί, οι οποίοι γεωλογικά θεωρούνται γενικά γρήγοροι, είναι σύμφωνοι με τις χρονικές κλίμακες των μετασωματικών διεργασιών που σχετίζονται με τη σερπεντινίωση με βάση τη διεθνή βιβλιογραφία. Τα διακριτά στάδια ροδιγκιτίωσης αναπτύχθηκαν ταυτόχρονα με μεγάλα γεγονότα σερπεντινίωσης, ενώ η στεατιτίωση και η χλωριτίωση εμφανίστηκαν κατά τη διάρκεια του δεύτερου και του τρίτου μετασωματικού σταδίου. Η ανθρακοποίηση των ροδιγκιτών στην περιοχή Κύμης, ξεκίνησε κατά τη διάρκεια του τρίτου μετασωματικού σταδίου, αλλά πιθανώς συνεχίστηκε σε μικρότερα βάθη μετά την ολοκλήρωση των διεργασιών αποροδιγκιτίωσης. Οι οφιτομαγνησίτες και οι λιστβανίτες ήταν τα τελευταία μετασωματικά πετρώματα που σχηματίστηκαν σε προοδευτικά χαμηλότερες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Στην περιοχή της Κύμης, οι αρχικές διεργασίες οφιτασβεστιτίωσης πιθανώς συνυπήρξαν για ένα διάστημα με την ανθρακοποίηση των ροδιγκιτών. Η λιστβανιτίωση ακολούθησε την οφιτομαγνησιτίωση και αναπτύχθηκε μέσω τριών διαδοχικών σταδίων με διαδοχικά αυξανόμενο SiO2 σε προοδευτικά χαμηλότερες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας.Το γεωτεκτονικό περιβάλλον στο οποίο έλαβαν χώρα οι μετασωματικές διεργασίες που μελετήθηκαν σχετίζεται κυρίως με την ενδο-ωκεάνια υποβύθιση και την εκταφή της μανδυακής σφήνας κοντά στην υποβυθιζόμενη πλάκα μέσω ενός πιθανού καναλιού υποβύθισης. Οι εκτιμήσεις αυτές προκύπτουν από τη χημική σύσταση σημαντικών ορυκτών από τα σερπεντινιωμένα υπερβασικά πετρώματα, συμπεριλαμβανομένων των ποσοστών Ti, Al, Fe, Mg# και Cr# των σπινέλιων, είναι ενδεικτική διαδικασιών υποβύθισης. Αυτά επιβεβαιώνονται περαιτέρω από τη γεωχημεία των μαγματικών πρωτόλιθων των ροδιγκιτών (π.χ. χαμηλά ποσοστά Ti στους θολειϊτικούς γάββρους). Η διείσδυση αλκαλικών βασαλτικών τηγμάτων, τα οποία είναι τυπικά περιβαλλόντων διάνοιξης, μπορεί να αποδοθεί στην ύπαρξη διάρρηξης της κατεισδύουσας πλάκας και της επακόλουθης διείσδυσης υλικού στην ασθενοσφαιρική μανδυακή σφήνα. Τα τρία διαδοχικά στάδια της ροδιγκιτίωσης συνδέονται με την εκταφή των σερπεντινιτών της μανδυακής σφήνας μέσω ενός καναλιού υποβύθισης. Το στάδιο-1 πραγματοποιήθηκε σε μεγαλύτερα βάθη, το στάδιο-2 σε ενδιάμεσα βάθη και το στάδιο-3 σε μικρά βάθη. Η ανθρακοποίηση, η λιστβανιτίωση και η στεατιτίωση των σερπεντινιωμένων υπερβασικών πετρωμάτων έλαβαν χώρα κατά τα τελευταία στάδια της εκταφής σε ρηχά έως πολύ ρηχά περιβάλλοντα. Πολλά από τα μη ανθρακοποιημένα σερπεντινιωμένα υπερβασικά πετρώματα της Κεντρικής Εύβοιας βρίσκονται κοντά σε περιοχές με αξιοσημείωτη βιομηχανική δραστηριότητα καθώς και στον εν ενεργεία Χ.Υ.Τ.Α. της περιοχής. Η περιεκτικότητα τους σε υψηλά ποσοστά Fe-Mg, καθώς και η κατακλαστική τους υφή υποδηλώνουν ότι παρουσιάζουν τις κατάλληλες φυσικοχημικές ιδιότητες για να χρησιμεύσουν ως πιθανές θέσεις αποθήκευσης CO2. Αυτό υποστηρίζεται περαιτέρω από τη μικρή απόσταση τους από τον Ευβοϊκό Κόλπο και το Αιγαίο Πέλαγος, υποδηλώνοντας ότι τα σενάρια αποθήκευσης CO2 μπορούν να υλοποιηθούν σε ένα πλαίσιο οικονομικής βιωσιμότητας. Οι προκαταρκτικές εκτιμήσεις για τη χωρητικότητα CO2 σε αυτά τα πετρώματα (λαμβάνοντας υπ’ όψιν τον όγκο των μη ανθρακοποιημένων υπερβασικών πετρωμάτων σε συνδυασμό με τις συνολικές ετήσιες εκπομπής CO2 από το Χ.Υ.Τ.Α. της κεντρικής Εύβοιας) δείχνουν ότι μπορούν να φιλοξενήσουν έως και 4,5 εκ. τόνους CO2 σε χρονικό διάστημα 80 ετών.