Kumulaatti

Kumulaatti on magmakivi, joka on muodostunut kiteiden irtautuessa magmasta joko painumalla tai kohoamalla. Kumulaattien mikrorakenne on nimeltään kumulusrakenne, josta kivityyppi on saanut nimensä.

Muodostuminen

Kumulaatit muodostuvat tyypillisesti kiinteiden kiteiden saostuessa fraktioivassa magmakammiossa. Kasautumat esiintyvät yleensä magmakammion pohjalla, joskin kasautuminen on mahdollista myös katossa, mikäli anortiitti-plagioklaasi kelluu tiheämmän mafisen magman pinnalla.

Kumulaatit esiintyvät tavallisesti ultramafisissa kerrosintruusioissa, komatiitti- ja magnesiumrikkaiden laavavirtauksen muodostamissa ultramafisissa laavatunneleissa sekä joissain graniitti-intruusioissa.

Terminologia

Kumulaattien nimen muodostavat hallitseva mineralogian ja kumuluskiteiden suhde perusmassaan.

• Adkumulaatit ovat kiviä, joiden rakenteesta ~100-93% on magmaattisia kumuluskiteitä hienojyväisessä perusmassassa.
• Mesokumulaatit ovat kiviä, joiden rakenteesta 93-85% on kumuluskiteitä perusmassassa.
• Ortokumulaatit ovat kiviä, joiden rakenteesta 85-76% on kumuluskiteitä perusmassassa.

Kumulaatit nimetään yleensä kumulusmineraalien paljousjärjestyksen mukaan, jonka jälkeen tulee kumulaattityyppi (adkumulaatti, mesokumulaati, ortokumulaatti), joita voi seurata apukidefaasi. Esimerkiksi:

• kerrostuma, josta on 50% plagioklaasia, 40% pyrokseeniä, 5% oliviinia ja 5% perusmassaa (toisinsanottuna gabrokerrostuma), on plagioklaasi-pyrokseenin adkumulaatti jossa lisäksi oliviinia.
• kivi, josta on 80% oliviinia, 5% magnetiittia ja 15% perusmassaa, on oliviinin mesokumulaatti (toisinsanottuna peridotiitti).

Kumulaattinimistöä voidaan käyttää kumulaatteja kuvailtaessa. Intruusioita, joissa on yhtäläinen koostumus ja minimaalista rakenteellista ja mineralogista kerrostumista tai näkyviä kidekasautumia, ei voi kuvailla tällä tavoin.

Geokemia

Kumulaateista ei pitäisi tehdä päätelmiä siitä, millaisesta sulasta ne ovat muodostuneet, koska ne ovat fraktioita alkumagmasta. Kumulusmineraalien kemiallinen koostumus voi antaa tietoa jäännössulan (eli jäännösmagman) koostumuksesta, mutta tällöin tulee ottaa huomioon useita seikkoja.

Kumuluksien kemialliset ominaisuudet

Kumuluksen kemiallinen koostumus voi antaa tietoa sen sulan lämpötilasta, paineesta ja kemiallisista ominaisuuksista, josta se muodostui, mutta saostuneiden mineraalien lukumäärä sekä saostuneiden mineraalien mineraalilajien kemialliset ominaisuudet tulee tietää. Selvimmin tätä voi havainnollistaa esimerkillä;

Esimerkiksi, basalttisen magman koostumus muuttuu, kun siitä saostuu anortiitti-plagioklaasi- ja enstatiitti-pyrokseenikumuluksia. Magmasta poistuu tällöin saostumamineraalien raaka-ainealkuaineet. Tässä esimerkissä anortiitin (kalsium-alumiini-maasälpä) saostuminen poistaa kalsiumia sulasta, jonka kalsiumpitoisuus alenee. Enstatiitin saostuminen poistaa magnesiumia, joten näiden alkuaineiden pitoisuudet sulassa alenevat. Se rikastaa muiden alkuaineiden pitoisuuksia – jotka ovat tyypillisesti natrium, kalium, titaani ja rauta.

Kivellä, joka muodostuu saostuneista mineraaleista, on erilainen koostumus kuin magmalla.

Esimerkissä (yllä) anortiitti + enstatiitti -kumulus on runsaskalsiumista ja -magnesiumista, ja sulassa niitä esiintyy vähän. Kumulaatti plagioklaasi-pyrokseenikumulaatti (gabro) ja sula on koostumukseltaan felsisempää ja alumiinisempaa (joka muistuttaa andesiitin koostumusta.).

Yllä olevassa esimerkissä plagioklaasin ja pyrokseenin ei tarvitse olla puhtaita seossarjojensa päätejäseniä (anortiitti ja enstatiitti), ja siksi alkuaineiden suhteiden muutokset voivat olla monimutkaisia. Mineraalit voivat saostua missä tahansa suhteessa kumuluksessa; kumulus saattaa olla välillä 90% plagioklaasi:10% enstatiitti ja 10% plagioklaasi:90% enstatiitti, ja olla silti gabroa. Se muokkaa myös kumuluksen kemiallisia ominaisuuksia, ja jäännössulan depleetioita.

Voidaan nähdä, että kumuluksen vaikutus jäännössulan koostumukseen riippuu saostuvien mineraalien koostumuksesta, samanaikaisesti saostuvien mineraalien määrästä sekä niiden suhteista. Luonnossa kumulaatteja muodostuu yleensä kahdesta mineraalilajista, joskin yhdestä neljään mineraalilajia sisältäviä kumulaatteja tiedetään. Vain yhdestä mineraalista koostuvat kumulaatit nimetään usein mineraalin mukaan, esimerkiksi 99% magnetiittikumulaattia sanotaan magnetiitiksi.

Jäännössulan kemialliset ominaisuudet

Perusmassan kemiallisia ominaisuuksia tutkimalla voidaan päätellä kumulaattien luoneen magman koostumusta, mutta niitä piirteitä on ongelmallista ellei mahdotonta tutkia. Muutoin tulee laskea monimutkaisia laskutoimituksia keskiarvoisista kumulaattikerroksista. Vaihtoehtoisesti voidaan arvioida magman koostumus tekemällä tiettyjä oletuksia magman kemiallisista ominaisuuksista ja testaamalla niitä faasidiagrammissa jo tunnettujen mineraalien ominaisuuksien pohjalta. Nämä metodit toimivat melko hyvin vulkaanisissa olosuhteissa muodostuneihin kumulaatteihin (ts. komatiitteihin. Suurien ultramafisten kerrosintruusioiden magmojen tutkiminen sen sijaan on erittäin ongelmallista.

Näillä menetelmillä on kullakin epäkohtansa, ensisijaisesti se, että niissä täytyy tehdä olettamuksia jotka harvoin ovat totta käytännössä. Merkittävin ongelma on se että suurissa ultramafisissa intruusioissa sivukiven sulautuminen muuttaa sulan koostumusta ajan mittaan, joten perusmassakoostumusten tutkiminen ei välttämättä vastaa odotuksia. Massatasapainolaskelmat näyttävät poikkeamia odotetusta vaihteluvälistä, joka voi viitata sulautumiseen, mutta tällöin täydentävää kemiallista tietoa tarvitaan tuloksien määrittämiseksi.

Toiseksi, suuret ultramafiset intruusiot harvoin ovat suljettuja järjestelmiä, ja niitä saattaa säännöllisesti virrata uutta kantamagmaa, tai niistä saattaa poistua magmaa (esimerkiksi ruokkimaan tulivuorten purkautumisaukkoja tai muodostamaan juoniparvia). Tällöin magman kemiallisen koostumuksen laskeminen ei johda muuhun kuin siihen että magman lisäys tai poistuminen on vaikuttanut intruusioon.

Katso myös

• Magmakiven differentaatio
• Magmakivi
• Kerrosintruusio
• Ultramafinen kivi