סלעי הצטברות הם תוצר אופייני לשיקוע גבישים מתוך מאגמה מובדלת[2] במאגר – תא מאגמה או מחדר פלוטוני. הצטברויות אלה מתרחשות בעיקר על רצפת המאגר, אם כי ציפה מאפשרת הצטברות של גבישים גם בגג המאגר. הצטברויות כאלה נמצאות בעיקר במחדרים ובבסיסם של צינורות לבהאולטרה-מאפיים, בסלעי קומטיט, בזרמי לבהבזלתית עתירת מגנזיום ובכמה מחדרים גרניטיים.
בעת שהמאגמה מתקררת מתגבשים בה תחילה המינרלים שנקודת ההתכה שלהם היא הגבוהה ביותר. עקב כך חל שינוי בהרכב הכימי של המאגמה הנותרת. ירידה בריכוז יסוד מסוים או עלייה בריכוז יסוד אחר יגרמו בהכרח ליצירת מינרלים אחרים מתוך אותה מאגמה. בשלבים השונים של הגיבוש המפריט נוצרים גבישים וסלעים שונים מאוד מבחינה כימית ומינרלוגית ממאגמת-אֵם אחת.
במהלך הגיבוש המפריט נוצרים גבישי מינרלים. גבישים שצפיפותם גבוהה מזו של המאגמה – שוקעים, וגבישים שצפיפותם נמוכה מזו של המאגמה – צפים. גבישים צפופים וכבדים – דוגמת אוליבין, אנורתיט, פירוקסן ואמפיבול – שוקעים לתחתית המאגר. בשולי המאגר יצטברו גבישי המינרלים לסלעים – סלעי הצטברות – מסוגים שונים. באופן זה נוצר פרידוטיט משקיעת גבישי אוליבין ופירוקסן, וכן סלעים הנוצרים מהצטברות גבישים של מינרל אחד, לדוגמה: אמפיבוליט מהצטברות גבישי אמפיבול ופירוקסניט מהצטברות גבישי פירוקסן.
סוגים
אורתוקומולט – אורתופירוקסניט
סוגים של סלעי הצטברות מוגדרים על פי מרקמם, המרכיבים המינרלוגיים הדומיננטיים בהם ואחוז הגבישים במסת האם שלהם:
אדקומולטים (adcumulates) – סלעים המכילים 93–100 אחוזים של גבישים מגמטיים מצטברים במסת אם דקת גביש
מזוקומולטים (mesocumulates) – סלעים המכילים 85–93 אחוזים של גבישים מגמטיים מצטברים במסת האם
אורתוקומולטים (orthocumulates) – סלעים המכילים 75–85 אחוזים של גבישים מגמטיים מצטברים במסת האם
הסלעים מוגדרים על שם המינרלים המצטברים בהם על פי סוגם ותפוצתם בסלע, לדוגמה:
סלע המכיל 50 אחוזים של פלגיוקלז, 40 אחוזים של פירוקסן, 5 אחוזים של אוליבין ו-5 אחוזים מסת אם – הרכבו של גברו, ייקרא "פלגיוקלז-פירוקסן אדקומולטי בתוספת אוליבין".
סלע המכיל 80 אחוזים אוליבין, 5 אחוזים מגנטיט ו-15 אחוזים של מסת אם אוליבינית – הרכבו של פרידוטיט, ייקרא "אוליבין מזוקומולטי".
הגדרה זו משמשת לתיאור סלעי הצטברות ומחדרים שהרכבם אינו אחיד ויש בהם שכבות או הצטברות גבישים נראית לעין.
מאחר שסלעי ההצטברות מובדלים מנתך הורי, אין בהם כדי להסיק את הרכבו הראשוני של הנתך ההורי ממנו נוצרו. הכימיה של הצבר עצמו מעיד רק על הרכבו של הנתך השיורי[3] הנותר לאחר שלבי גיבוש קודמים.
כימיה של הצבר
הכימיה של סלע ההצטברות עשויה להעיד על הטמפרטורה, הלחץ וההרכב הכימי של הנתך השיורי ממנו נוצר. בנוסף יש להעריך את מספר המינרלים שגבישיהם שוקעו ואת סוגם.
דוגמה: הרכבה השיורי של מאגמה בזלתית שממנה שוקעו אנורתיט ואנסטטיט בהרכבים משתנים יחושב באמצעות הסרת הגורמים המרכיבים את הגבישים המשוקעים. בדוגמה זו, שיקוע האנורתיט – פצלת השדה של סידן ואלומיניום – מסירה את כמויות הסידן והאלומיניום הנחוצות לגידול הגבישים מהרכב המאגמה השיורית, וזו הופכת להיות דלה ביסודות אלה. שיקוע האנסטטיט יסיר מגנזיום מן המאגמה השיורית, ההופכת דלה ביסוד זה. שיקוע המינרלים הופך את המאגמה לעשירה יותר ביסודות אחרים – במקרה זה נתרן, אשלגן, טיטניום וברזל. בדוגמה זו נוצר סלע גברו שהוא צבר של פלגיוקלז ופירוקסן, והנתך השיורי לאחר ההתגבשות נותר פלסי ועשיר באלומיניום – נתך הנוטה בהרכבו לאנדזיט.
בדוגמה זו, הפלגיוקלז והפירוקסן אינם בהכרח הרכבים טהורים של חברי-קצה,[4] ולכן תוצא הפחתת היסודות עשוי להיות מורכב. המינרלים עשויים להישקע ביחסים שונים, העשויים לנוע מ-90 אחוזים פלגיוקלז ו-10 אחוזים אנסטטיט עד ל-10 אחוזים פלגיוקלז ו-90 אחוזים אנסטטיט – ועדיין להיות גברו. תהליך זה משנה את הכימיה של סלע ההצטברות ואת הפחתת היסודות בנתך השיורי.
ניתן לראות כי השפעת היווצרות סלע ההצטברות על הרכבו של הנתך השיורי תלויה בהרכב המינרלים המשוקעים, במספר המינרלים ששוקעו באותה עת וביחס ביניהם.
בטבע נוצרים לרוב סלעי הצטברות משקיעת גבישים של שני מינרלים, אם כי הם עשויים להיווצר מגבישיו של מינרל אחד בלבד ואף משקיעת גבישיהם של 4 מינרלים. סלעי הצטברות שנוצרו ממינרל יחיד נקראים לרוב על שם המינרל, למשל: צבר של 99 אחוזים מגנטיט ייקרא על שמו – מגנטיטיט (Magnetitite).
פלגיוקלז (במקרה זה אנורתיט) משתנה מ-66 אחוזים סמוך לבסיס המחדר ל-30 אחוזים סמוך לגג המחדר
אוליבין (במקרה זה פורסטריט) – מ-57 אחוזים סמוך לבסיס המחדר וחסר לחלוטין סמוך לגג המחדר
כימיה של הנתך השיורי
דרך אחת להסיק את הרכב המאגמה שיצרה את סלע ההצטברות היא לדגום את הכימיה של מסת האם, אולם הרכב כימי זה בעייתי וקשה לדגימה. לחלופין, ניתן להעריך את הרכב המאגמה באמצעות שיעור הנתונים הכימיים שלה ובאמצעות בדיקתם על דיאגרמת פאזות, תוך שימוש בכימיה של המינרלים. שיטות אלה פועלות היטב בסלעי הצטברות שנוצרו בתנאים געשיים, דוגמת קומטיט. עם זאת, חקירת נתוני המאגמה במחדרים שכבתיים אולטרה-מאפיים גדולים בעייתית יותר.
שיטות אלה לוקות בחסר, בעיקר מאחר שהן מחייבות הנחות מוצא שאינן קיימות בטבע. הבעיה העיקרית היא העובדה שעירוב מאגמה במחדרים אולטרה-מאפיים גדולים – הנובע מהתכת סלעי סביבה, משנה את הכימיה של הנתך לאורך זמן, ולכן דיגום הרכב מסת האם לא יספק תוצאה סבירה. חישובים של מאזן מסות[5] יציגו סטיות מהטווחים הצפויים ויובילו למסקנה שאכן אירע עירוב מאגמות. במקרה כזה ניתן לכמת את הממצאים באמצעות ניתוח כימי נוסף.
בנוסף, מחדרים אולטרה-מאפיים גדולים מהווים כמעט תמיד מערכות פתוחות ועשויים להיות נתונים להזרקות סדירות של מאגמה פרימיטיבית חדשה, או להפסד נפח כתוצאה מהובלת מאגמה כלפי מעלה – באמצעות צינורות הזנה או נחילי דייקים. במקרים כאלה, הניתוח הכימי של המאגמה עשוי להציג רק את קיומם של שני התהליכים – הזרקה והובלה – שהשפיעו על המחדר.
חשיבות כלכלית
מחדר שכבתי במתחם בושוולד, דרום אפריקה – שכבות כהות של כרומיטיט ושכבות בהירות של אנורתוזיט, לסירוגין
חשיבותם הכלכלית של סלעי הצטברות מיוצגת היטב בשלושה סוגים של משקעי מינרלים הנמצאים במחדרים שכבתיים אולטרה-מאפיים:
מינרלים סיליקטיים מהווים רק לעיתים נדירות הצדקה למיצוי עפרות. עם זאת, קיימים מחדרי אנורתוזיט המכילים את המינרל הטהור בריכוז גבוה, המשמשים לכרייתו לצורך שימוש בו כחומר חסין אש, לייצור זכוכית ולשימושים שונים כגון במשחת שיניים ובתעשיית הקוסמטיקה.
צברי מינרלים אוקסידיים
צברי מינרלים אוקסידיים נוצרים במחדרים שכבתיים כאשר הגיבוש המפריט מתקדם דיו להתיר את גיבושם של סוגי ספינל. הדבר מתאפשר כתוצאה מהעשרת הנתך בברזל, בטיטניום ובכרום. תנאים אלה נוצרים בהיפרדות בטמפרטורה גבוהה של אוליבין או פירוקסן עתירי מגנזיום, וכתוצאה מצפיפותם הגבוהה נוצר סלע הצטברות. כרומיט נוצר לרוב במהלך היפרדות פירוקסן בלחץ נמוך, כאשר הכרום נדחה מגבישי הפירוקסן.
שכבות אוקסידיות אלה יוצרות משקעים מרחביים רציפים המכילים יותר מ-50 אחוזים מינרלים אוקסידיים. כאשר כמותם של המינרלים האוקסידיים עולה על 90 אחוזים מכלל הסלע, ניתן למיין את הסלע על פי נפח המינרל האוקסידי הבולט, למשל: מגנטיטיט, אילמניטיט או כרומיטיט. סלעים אלה ייקראו: "מגנטיטיט אורתוקומולטי", "אילמניטיט אורתוקומולטי" ו"כרומיטיט אורתוקומולטי".
צבירים אלה אינם בדיוק סלע הצטברות, מאחר שהסולפידים אינם משוקעים כמינרלים מוצקים אלא כנוזל סולפידי מסיס. עם זאת, הם נוצרים באותם תהליכים בהם נוצר סלע הצטברות. הם מצטברים הודות למשקל הסגולי הגבוה שלהם, ועשויים ליצור שכבות סולפידיות מרחביות. המינרלים הסולפידיים יוצרים לרוב שכבות-ביניים בסלעי הצטברות סיליקטיים.
הפרדת מינרלים סולפידיים יכולה להתרחש רק כאשר המאגמה רוויה בגופרית. בסלעים מאפיים ואולטרה-מאפיים הם יוצרים משקעי ניקל, עופרת וקבוצת הפלטינה, מאחר שיסודות אלה הם קלקופילים – "אוהבי" גופרית, המתפרדים בחוזקה אל תוך הנתך הסולפידי. במקרים נדירים הופכים סלעים פלסיים לרוויים בגופרית ויוצרים הפרדה סולפידית. במקרה זה, התוצאה האופיינית היא צורה נפוצה של מינרלים סולפידיים, לרוב תערובת של פירוטיט, פיריט וכלקופיריט היוצרים מינרלי נחושת. מקרים כאלה נדירים מאוד אך מוכרים, וניתן לראות סלעי הצטברות סולפידיים במחדרים גרניטיים.
תפוצה
הורנבלנדיט
כפועל יוצא לאופן היווצרותם, סלעי ההצטברות נפוצים במחדרים מסוגים שונים, בעיקר במחדרים שכבתיים.
שברים של סלעי הצטברות וגבישים היוצרים אותם עשויים להתנתק ממקומם ולהיפלט כקסנוליתים וקסנוקריסטים במהלך התפרצויות געשיות. דוגמאות לקסנוליתים כאלה – של הורנבלנדיט שנוצר מגבישי הורנבלנדה, ושל פירוקסניט – נמצאות בבריכת רם ובסלעי הבזלת של הר הגעש בכרם מהר"ל.
.gif)
