קרבונטיט

קַרְבּוֹנַטִיט הוא סוג של סלע יסוד פלוטוני או געשי המוגדר על ידי הרכב מינרלוגי המכיל יותר מ-50% . על סמך המראה הפיזי אפשר לטעות בין קרבונטיטים לבין שיש ונדרש אימות גאוכימי.

קרבונטיטים מופיעים בדרך כלל כפקקים געשיים קטנים בתוך מתחמים פלוטוניים אלקליים אזוריים, או כדייקים, סילים ברקציה ו. הם קשורים כמעט אך ורק לסביבות טקטוניות של בקעים יבשתיים. נראה כי חלה עלייה מתמדת בפעילות יצירת קרבונטיטים לאורך ההיסטוריה של כדור הארץ, מעידן הארכאיקון ועד היום.

כמעט כל מופעי הקרבונטיט הם פלוטוניים או פלוטוניים תת-געשיים. הסיבה לכך היא שקילוחי לבה קרבונטיטית, המורכבים ברובם מקרבונטים מסיסים, מתבלים בקלות ולכן אין סיכוי שיישמרו בתיעוד הגאולוגי. לפיכך, התפרצויות קרבונטיט בצורת לבה אינן נדירות כפי שמשערים, אך הן השתמרו בצורה גרועה לאורך ההיסטוריה של כדור הארץ.

הרכבים הנוזליים של קרבונטיט הם בסיסיים יותר באופן משמעותי ממה שנשמר בתיעוד של סלע קרבונטיט מאובן כפי שמראה ההרכב של התכלילים בנתך.

ידוע רק על הר געש קרבונטיטי אחד שהתפרץ בזמן היסטורי, הר הגעש הפעיל אול דויניו לנגאי בטנזניה. הוא מתפרץ עם הלבה הקרירה ביותר בעולם, בטמפרטורות נמוכות יחסית שבין C° 500 ל-C° 600. הלבה היא  שבה המינרלים הבולטים הם  ו.

תיאור ראשוני ומיקום מייצג
קרבונטיטים תוארו מדעית לראשונה על ידי  בשנת 1920 בסדרת הפרסומים Videnskaps Skrifter ("כתבים מדעיים") של . הוא התבסס על מחשופי  בטלמרק שבדרום נורווגיה (המיקום המייצג).

הגדרה וסוגי הקרבונטיטים

תנאי הכרחי להגדרה של סלע כקרבונטיט הוא נוכחות של יותר מ-50% בנפח של מינרלים קרבונטיים.

בהתבסס על מינרל הבולט, ניתן להבחין בין הסוגים הבאים בקבוצת הסלעים הקרבונטיטיים:
קרבונטיט קלציטי: המינרל העיקרי הוא קלציט.  (במרקם של גרגירים גסים עד בינוניים) ואלוויקיט (alvikite, במרקם גרגירים קטנים) עם מרקם זרימה ברור ברובו
פרוקרבונטיט (Ferrocarbonatite): עם  או סידריט כמינרל העיקרי
נטרוקרבונטיט (Natrocarbonatite): המינרלים העיקריים הם קרבונטים של נתרן, אשלגן, סידן פחמתי, למשל במתחם אול דויניו לנגאי בטנזניה  ו
קרבונטיט דולומיטי : המינרל העיקרי הוא דולומיט. ראוהאוגיט (rauhaugite) וביפורסיט (beforsite) במרקם גרגירים דקים עדין עד בינוני.

סיווג אחר מתבסס על היסוד הבולט ביותר:
סידן קרבונטיט
מגנזיום קרבונטיט
ברזל קרבונטיט
 קרבונטיט שליסודות נדירים
באופן כללי, תכולת המינרלים הקרבונטיים בקרבונטיטים היא מעל 50 אחוז בנפח ויכולה להגיע עד 90 אחוז בנפח במקרים נדירים. אם תכולת הקרבונט נמוכה מ-50 אחוז בנפח עד וכולל 10 אחוז בנפח, הסלעים המדוברים מכונים קרבונטים. קרבונטיטים שבהם תכולת הסיליקה גדולה מ-20 אחוז במסה ובו זמנית עולה על תכולת הקרבונט הם סיליקו-קרבונטיטים.

מראה

המראה החיצוני של קרבונטיטים מגוון מאוד בשל השונות הכימית והמבנית שלהם. גודלי הגרגירים שלהם נעים בין גרגירים עדינים לגרגרים ענקיים (דמוי פגמטיט) והגוון שלהם משתנה מבהיר לכהה, בהתאם לתכולת המינרלים המאפיים. כאשר מתחיל בליה, הקרבונטים מתפרקים. קרבונטים עשירים בברזל במיוחד יכולים לתת לסלע צבע בז', אדמדם עד חום כהה כשהם מתפוררים. בליה של קרבונטיטים מובילה ללטריטיזציה באקלים סובטרופי וטרופי ולהצטברות של מינרלים שאינם קרבונטיים אשר עשויים לייצג מדי פעם מרבצים שניתנים לכרייה. במקרים נדירים, קרבונטיטים עמידים יותר מסלעי הסיליקט שמסביבם; דוגמה טובה לכך היא גבעת הקרבונטיט של טורורו (Tororo) באוגנדה, שמתנשאת כמעט 300 מטרים מעל סביבתה.

תופעות קרסט יכולות להתרחש גם בקרבונטיטים בתנאי אקלים לחים.

היווצרות

הגאולוג השוודי  היה הראשון שטען בהרחבה בשנת 1948 שהמקור של קרבונטיט הוא מגמטי בהתבסס על מחקרו על . אולם, ההתפרצות של אול דויניו לנגאי ב-1960 בטנזניה היא שהובילה למחקרים גאולוגיים שאישרו לבסוף את הדעה שקרבונטיט מופק ממאגמה.

קרבונטיטים הם סלעי יסוד נדירים ומוזרים שנוצרו על ידי תהליכים יוצאי דופן ומסלעי מקור יוצאי דופן. קיימים שלושה מודלים של היווצרותם:
יצירה ישירה מנתך בטמפרטורות נמוכות מאוד במעטפת כדור הארץ וגיבוש מפריט של הנתך
 של נוזלים בין נתך קרבונטי לנתך סיליקטי
הקטעה מוזרה וקיצונית של גבישים.

קיימות עדויות לכל תהליך, אבל המפתח הוא שמדובר בתופעות יוצאות דופן. מבחינה היסטורית, חשבו שקרבונטיטים נוצרים על ידי התכה של אבן גיר או שיש על ידי חדירת מאגמה, אך נתונים גאוכימיים ומינרלוגים שוללים זאת. לדוגמה, הרכב הפחמן האיזוטופי של קרבונטיטים הוא כמו במעטפת כדור הארץ ואינו כמו סלע משקע של אבן גיר.

גיל הקרבונטיטים נע בין ארכאיקון להווה: הקרבונטיט העתיק ביותר, טופרטליק (Tupertalik) בגרינלנד, הוא בן 3007 למ"ש, בעוד הר הגעש אול דויניו לנגאי בטנזניה פעיל כעת.

מינרלוגיה

המינרלוגיה העיקרית מגוונת מאוד, ועשויה לכלול נתרוליט, סודליט, אפטיט, מגנטיט, בריט, פלואוריט, מינרלים מקבוצת ה ומינרלים נדירים אחרים שאינם מצויים בסלעי יסוד נפוצים יותר. זיהוי קרבונטיטים עשוי להיות קשה, במיוחד מכיוון שהמינרלוגיה והמרקם שלהם עשויים שלא להיות שונים בהרבה משיש למעט נוכחותם של מינרלים של סלעי יסוד. הם עשויים להיות גם מקורות של קבוצת הנציצים או ורמיקוליט.

קרבונטיטים מסווגים לפני הפציאס ל קלציטי (במרקם גס) ואלוויקיט (alvikite, במרקם עדין יותר). השניים נבדלים גם על ידי הרכב יסודות קורט ויסודות שוליים. המונחים ראוהאוגיט (rauhaugite) וביפורסיט (beforsite) מתייחסים לסוגים עשירים בדולומיט ו בהתאמה. האלקלי-קרבונטיטים נקראים לנגאיט (lengaite). דגימות עם 50–70% מינרלים קרבונטיים נקראות סיליקו-קרבונטיטים (silico-carbonatites). בנוסף, קרבונטיטים עשויים להיות מועשרים במגנטיט ואפטיט או ביסודות נדירים, פלואור ובריום.

 מורכב ברובו משני מינרלים,  (על שם ג'וליוס נייררה, הנשיא הראשון של טנזניה העצמאית) ו (על שם , אחד הגאולוגים הראשונים שחקרו את  ומחבר הספר The Great Rift Valley). מינרלים אלו הם שניהם קרבונטים בהם קיימים נתרן ואשלגן בכמויות משמעותיות. שניהם , וכאשר הם באים במגע עם הלחות באטמוספירה, הם מתחילים להגיב במהירות רבה. הלבה והאפר השחורים או החומים כהים שהתפרצו מתחילים להפוך ללבנים תוך מספר שעות, ואז אפורים לאחר מספר ימים, ואז חומים לאחר מספר שבועות.

גאוכימיה

קרבונטיטים הם סלעי יסוד יוצאי דופן המורכבים בעיקר ממינרלים קרבונטיים. רוב הקרבונטיטים נוטים לכלול חלק כלשהו של מינרלים סיליקטיים; על פי הגדרה, סלע יסוד המכיל מעל 50% מינרלים קרבונטיים מסווג כקרבונטיט. מינרלים סיליקטיים הקשורים להרכבים כאלה הם פירוקסן, אוליבין ומינרלים עניים בסיליקה כמו נפלין ופלדשפטואידים אחרים.

מבחינה גאוכימית, קרבונטיטים מכילים בעיקר יסודות בלתי תואמים (Ba, Cs, Rb) ומיעוט יסודות תואמים (Hf, Zr, Ti). עובדה זו יחד עם כמות הסיליקה הנמוכה תומכים במסקנות לפיהן קרבונטיטים נוצרים על ידי טמפרטורות נמוכות של .

סוג מסוים של התמרה הידרותרמית המכונה פניטיזציה (fenitization) קשור בדרך כלל למחדרים קרבונטיטים. מכלול התמרה זה מייצר מינרלוגיית סלע ייחודית המכונה  על שם המיקום המייצג שלו,  בנורווגיה. ההתמרה מורכבת מהילות מטאסומטיות המורכבות ממינרלים סיליקטיים עשירים בנתרן: ארפוודסוניט, בארקוויקיט וגלאוקופן יחד עם פוספטים, המטיט ותחמוצות ברזל וטיטניום אחרות.

תפוצה
בסך הכל, ידועים 527 אתרים של קרבונטיט על פני כדור הארץ, והם נמצאים בכל היבשות וגם באיים באוקיינוסים. רוב הקרבונטיטים הם גופי מחדר רדודים של סלעי יסוד עשירים בקלציט בצורת פקקים געשיים, דייקים וסילים. אלו נוצרים בדרך כלל בשיתוף עם מחדרים גדולים יותר של סלעי יסוד סיליקטיים אלקליים. סלעי הגעש הקרבונטיטים נדירים במיוחד, רק 49 ידועים, ונראה שהם מוגבלים לכמה אזורי בקע יבשתיים, כמו עמק הריין ומערכת הבקע המזרח אפריקאי.

סלעי היסוד הנלווים כוללים בדרך כלל , מלטיגיט (melteigite, סוג של איג'וליט), טשניט (teschenite), , , פויאייט (foyaite), ,  דל בסיליקה (), ו.

קרבונטיטים נלווים בדרך כלל לסלעי יסוד דלים בסיליקה שהם אלקליים (Na2O ו-K2O), תחמוצת רב-ברזל (ferric iron; Fe2O3) ו עשירים בזירקוניום או סלעים מיאסקיטים (miaskitic rocks) עניים באלקלי, עשירים ב-FeO-CaO-MgO ועניים בזירקוניום.

הקרבונטיט של  אינו קשור לחגורה או מקבץ של סלעים אלקליים, אם כי מוכרות מהאזור מאגמות בסיסיות-אלקליות. היווצרותו של הקרבונטיט מהארכאיקון הזה שנויה במחלוקת מכיוון שהוא הדוגמה היחידה לקרבונטיט מהארכאיקון באוסטרליה.

מורפולוגיה פלוטונית
ידוע כי קרבונטיט נוצר בשילוב עם מתחמים אזוריים קונצנטריים של סלעי יסוד אלקליים, הדוגמה האופיינית לכך היא , דרום אפריקה.

בשילד גויאנה התגלו קרבונטיטים בצורת סילים, לופוליתים ודייקים נדירים.

הקרבונטיטים של  לובשים צורה של גופי מחדר גליליים רב-שלביים עם מספר שלבים ברורים של מחדר של קרבונטיט. סילים ודייקים קרבונטיטים קטנים יותר נמצאים בחגורות ניידות אחרות מעידן הפרוטרוזואיקון באוסטרליה, בדרך כלל כדייקים ופּוֹדים לא רציפים.

אתרים לדוגמה
הרי ברפואו (Bearpaw), מונטנה
אוקה (Oka) וסנט-אונורה (Saint-Honoré), קוויבק;
ג'ם פארק (Gem Park) ואיירון היל (Iron Hil), קולורדו;
מתחם סלעי היסוד של מגנט קוב (Magnet Cove igneous complex), ארקנסו;
מאונטיין פאס (Mountain Pass), קליפורניה;
מתחם פלאבורה (Palabora Complex) ליד פלבורווה, דרום אפריקה;
ז'קופירנגה (Jacupiranga), ברזיל;

איאופיה (Ayopaya), בוליביה;
סרו אימפקטו (Cerro Impacto); ונצואלה
קובדור (Kovdor) ווישניוגורסק (Vischnevogorsk), רוסיה;
אמבה דונגר (Amba Dongar) וניואניה (Newania) מהודו;
מאס (Maz), ארגנטינה;
מאד טאנק (Mud Tank) והר ולד, אוסטרליה;
מתחם פן (Fen Complex), נורווגיה;
חלק מהמתחם הבסיסי של פוארטוונטורה, ספרד;
המחוז הוולקני של אבון (Avon Volcanic District), מיזורי.

בשנת 2017, אושר גילויו של מרבץ קרבונטיטי חדש מצפון-מערב לפרינס ג'ורג' (קולומביה הבריטית), באזור המכונה "חגורת המתכת הנדירה של הר הרוקי" (Rocky Mountain Rare Metal Belt).

הר הגעש אול דויניו לנגאי, שבבקע המזרח אפריקאי הוא הר הגעש הקרבונטיטי הפעיל היחיד בעולם. הרי געש קרבונטיטים עתיקים יותר ממוקמים באותו אזור, כולל .

חשיבות כלכלית

קרבונטיטים עשויים להכיל ריכוזים כלכליים או חריגים של יסודות נדירים, זרחן, ניאוביום-טנטלום, אורניום, תוריום, נחושת, ברזל, טיטניום, ונדיום, בריום, סטרונציום, פלואור, זירקוניום ויסודות נדירים או בלתי תואמים אחרים. אפטיט, בריט וורמיקוליט הם בין המינרלים החשובים מבחינה תעשייתית הקשורים לכמה קרבונטיטים.

קרבונטיטים מועשרים מאוד ביסודות קורט, והם מכילים את הריכוז הגבוה ביותר של לנתנידים מכל סוג סלע ידוע. מרבצי הקרבונטיט של היסודות הנדירים הגדולים ביותר הם באיאן אובו (Bayan Obo), מאונטיין פאס, מאוניפינג, והר ולד.

משקעי עורקים של תוריום, פלואוריט או יסודות נדירים עשויים להיות נלווים לקרבונטיטים ועשויים להתגלות בתוך ההילה המטאסומטית של קרבונטיט.

לדוגמה, ממתחם פלבורה של דרום אפריקה הופקה נחושת בכמות משמעותית (בצורת כלקופיריט,  ו), אפטיט, ורמיקוליט יחד עם פחות מגנטיט,  (קובלט),  (זירקוניום-הפניום), ותוצרי לוואי זהב, כסף, ניקל ופלטינה.

לקריאה נוספת

 Duncan R. K., Willett G. C. (1990) – Mount Weld Carbonatite: in Hughes F. E. (Ed.), 1990 Geology of the Mineral Deposits of Australia & Papua New Guinea The AusIMM, Melbourne Mono 14, v. 1 pp. 591–597.
 
 
 
 Bolivian carbonatite occurrences.

קישורים חיצוניים

 Ol Doinyo Lengai, Tanzania
 Ol Doinyo Lengai - The Mountain of God
 List of alkaline rock occurrences in the Americas
 Phosphate deposits of Australia, Mount Weld Carbonatite
 Description of the Mount Weld Carbonatite
 Blue River Carbonatites, British Columbia, Canada
 Video of molten carbonatite lava flow eruptions at Ol Doinyo Lengai volcano

ביאורים

הערות שוליים

סלעים
סלעי יסוד
סלעים פלוטוניים
סלעים געשיים