Petrogenesis and crustal evolution of Hunza Plutonic Unit, Karakoram batholith, NW Pakistan

Diep in de torenhoge pieken van het Karakoramgebergte in Noord-Pakistan, waar de aardkorst is verwrongen en verdikt door de botsing van enorme tektonische platen, ligt een verborgen verslag van het vurige verleden van de planeet. Deze regio, een ruig landschap van hoge bergen en diepe valleien, dient als een natuurlijk laboratorium voor geologen die proberen te begrijpen hoe het aardoppervlak evolueert nadat continenten tegen elkaar aan botsen. Wanneer twee landmassa's botsen, kunnen de enorme druk en hitte het vaste gesteente diep onder de grond doen smelten, waardoor magma ontstaat dat opstijgt om nieuwe bergen van gestold steen te vormen, bekend als plutonen. Door de chemische samenstelling en de ouderdom van deze oude gesteenten te bestuderen, kunnen wetenschappers de tijdlijn van deze botsingen en de specifieke omstandigheden — zoals temperatuur en druk — die bestonden toen het magma werd geboren, reconstrueren. Deze kennis helpt niet alleen de geschiedenis van de Karakoram te verklaren, maar ook het bredere verhaal van hoe gebergten zoals de Himalaya en de Alpen zijn gevormd.

In een recente studie richtte een team van onderzoekers hun aandacht op een specifieke groep van deze oude gesteenten, de Hunza Plutonic Unit genoemd. Gelegen in de Hunzadal, maken deze gesteenten deel uit van een veel grotere formatie die bekend staat als de Karakoram-batholiet, een massief ondergronds lichaam van graniet dat honderden kilometers zich uitstrekt. Hoewel geologen lang al wisten dat deze gesteenten ontstonden uit afkoelend magma, bleven de exacte timing van hun vorming en de precieze aard van de bron van het magma enigszins onduidelijk. Om dit puzzelstuk op te lossen, verzamelde het team monsters van het graniet en onderwierp deze aan een reeks rigoureuze tests. Ze onderzochten de gesteenten onder krachtige microscopen om de kleine kristallen te zien waaruit ze bestaan, analyseerden de chemische elementen binnen het hele gesteente, en maten de samenstelling van individuele mineralen zoals mica en veldspaat. Cruciaal was dat ze ook een techniek gebruikten om minuscule korrels van een mineraal genaamd monaziet in het graniet te dateren, wat fungeert als een natuurlijke klok die registreert wanneer het gesteente stolt.

Het onderzoek onthulde dat de Hunza-gesteenten een specif kind van graniet zijn, bekend als I-type, dat ontstaat door het smelten van reeds bestaande stollingsgesteenten in plaats van sedimentaire gesteenten. De chemische vingerafdrukken van de gesteenten toonden aan dat het magma rijk was aan bepaalde elementen zoals kalium en natrium, maar andere miste, wat suggereerde dat het afkomstig was van een bron diep in de aardkorst die was veranderd door vloeistoffen van een subducerende tektonische plaat. De onderzoekers ontdekten dat het magma afkoelde en kristalliseerde op relatief ondiepe dieptes vergeleken met andere vergelijkbare gesteenten in de regio, met temperaturen variërend van ongeveer 625 tot 1066 graden Celsius, afhankelijk van het specifieke mineraal dat vormde. De aanwezigheid van specifieke mineralen en de manier waarop deze in de loop van de tijd veranderden, gaven aan dat het magma een proces van differentiatie onderging, waarbij zwaardere mineralen bezonken en lichtere mineralen opstegen, waardoor de samenstelling van de resterende vloeistof veranderde terwijl deze afkoelde.

Misschien wel de meest significante ontdekking was de ouderdom van deze gesteenten. Door het tellen van het verval van radioactieve elementen binnen de monazietkristallen, bepaalden de onderzoekers dat de Hunza Plutonic Unit ongeveer 34 miljoen jaar geleden is geplaatst. Deze datum plaatst de vorming van het graniet stevig in de periode na de initiële botsing tussen de Indiase en Aziatische platen, een tijd die bekend staat als post-collisionale magmatisme. Deze bevinding brengt de Hunza-gesteenten in lijn met andere jonge granietformaties in de regio, zoals die in het nabijgelegen Baltoro-gebied, wat wijst op een continue periode van geologische activiteit die voortduurde lang nadat de continenten voor het eerst tegen elkaar aan botsten. De studie bevestigde ook dat de chemische variaties in de gesteenten niet willekeurig waren, maar een duidelijk patroon van evolutie volgden, gedreven door het afkoelen en kristalliseren van het magma diep onder de grond.

De implicaties van deze bevindingen reiken verder dan alleen het dateren van een gesteentevorming. De studie suggereert dat het magma dat de Hunza Plutonic Unit creëerde, afkomstig was van een bron die chemisch was veranderd door de subductie van een oceanische plaat, een proces waarbij de ene tektonische plaat onder de andere schuift. Deze metasomatische bron, verrijkt met specifieke elementen, smolt en steeg op om het graniet te vormen dat we vandaag de dag zien. Het onderzoek geeft een duidelijker beeld van de geodynamische omgeving in de Karakoram tijdens de late Eoceen en het vroege Oligoceen, waarbij wordt aangetoond dat de regio geologisch actief bleef en in staat was om nieuw magma te genereren lang na de hoofdbotsing. Door gedetailleerde mineraalchemie te combineren met nauwkeurige datering, hebben de onderzoekers een robuust kader geboden voor het begrijpen van hoe de zuidelijke marge van de Aziatische plaat evolueerde, waarmee zij gaten in onze kennis opvullen over hoe de aardkorst reageert op de enorme krachten van continentale botsing.