Akcesorické minerály Prof. RNDr. Milan Novák, CSc. Al[2]SiO[5] modifikace a další Al-bohaté minerály Osnova přednášky: • Úvod [• ]Skupina Al[2]SiO[5] [• ]Alterace Al[2]SiO[5] • Příbuzné minerály • Další minerály bohaté Al 1. Úvod • Minerály Al[2]SiO[5 ]jsou velmi významné akcesorické a někdy i horninotvorné minerály, které se vyskytují v různých typech především Al-bohatých hornin (metamorfované horniny nízkého až vysokého stupně metamorfózy, kyselé magmatické horniny). Vedle nich existuje řada minerálů bohatých Al, které jsou s uvedenou skupinou příbuzné i strukturně (např. staurolit, boralsilit a mullit), nebo se vyskytují ve stejné asociaci, a nebo tyto minerály zatlačují během hydrotermálních alterací (např. diaspor, pyrofylit). ^ 2. Skupina Al[2]SiO[5][] [• ]Minerály Al[2]SiO[5] [ ] Sillimanit Al^6 Al^4 O SiO[4] rombický Pbnm, 2/m2/m2/m. Andalusit Al^6 Al^5 O SiO[4] rombický Pnnm, 2/m2/m2/m Kyanit Al^6 Al^6 O SiO[4] triklinický C1, 1 • Sillimanit a 7.486, b 7.657, c 5.7729 Å, V 331.6 Å^3, Z 4 • Andalusit a 7.795, b 7.896, c 5.558 Å, V 342.1 Å^3, Z 4 • Kyanit a 7.112, b 7.844, c 5.574 Å, α 88.9, β 101.1, γ 105.9, V 292.9 Å^3, Z 4 • Chemické složení je většinou velmi blízké ideálnímu vzorci. minoritní a stopové prvky: Sillimanit B^3+, Mg, Fe^3+ Andalusit Mn^3+, Fe^3+, Cr^3+ Kyanit Cr^3+, V^3+, Fe^3+ 2. Skupina Al[2]SiO[5][] 2. Skupina Al[2]SiO[5] • Většinou jsou blízké koncovému členu, některé stopové až minoritní prvky jsou uvedeny výše. Pouze Mn^3+ a v menší míře také Fe^3+ v andalusitu dosahují významných koncentrací a existuje Mn^3+ analog andalusitu - kanonait. Vstup Al místo Si do T-pozice v sillimanitu vedou ke vzniku mullitu. • Andalusit-kanonait – Mn^3+ - úplná mísitelnost. • Sillimanit-mullit – Al - existuje pole nemísitelnosti. • Sillimanit-boralsilit – B - mísitelnost existuje, ale její rozsah není znám • Minoritní prvky většinou vstupují do obou pozicí obsazovaných Al, většinou ale více do oktaedrické pozice (např. Mn^3+ v Mn-andalusitu), B vstupuje do pozice T. 2. Skupina Al[2]SiO[5] • Vzhled, barva a optické vlastnosti: • Sillimanit – jehlicovité až vláknité, méně často i drobně až hrubě zrnité agregáty nebo sloupcovité krystaly, velikost až do několik dm šedá, bílá, žlutá, hnědá, bezbarvý • Andalusit - sloupcovité krystaly, jehlicovité, drobně až hrubě zrnité agregáty, velikost až do velikosti 1 m růžová, červenohnědá, bílá šedá, zelená, modrá, někdy je pleochroický • Kyanit - sloupcovité až tabulkovité krystaly, drobně až hrubě zrnité agregáty, velikost až několik dm modrá, šedá, bezbarvý, vysoký index lomu • Tvrdost 6-7, u kyanitu 7-5, • h = 3,2-3,6 (kyanit). • Variety: fibrolit – jehlicovitý sillimanit viridin – zelený Mn-andalusit chiastolit – andalusit se sektoriální zonálností z kontaktních rohovců 2. Skupina Al[2]SiO[5] • Trojný bod Al[2]SiO[5] • Všechny modifikace mají společný trojný bod, jehož pozice je geologicky nesmírně důležitá a studovaná v řadě prací. • Richardson et al. (1969) • Holdaway (1971) • Robie a Hemingway (1984) • Holland a Powell (1985) • Pattison (1989) 2. Skupina Al[2]SiO[5] 2. Skupina Al[2]SiO[5] 2. Skupina Al[2]SiO[5] • Z obrázků je zřejmé, že pozice trojného bodu zůstává stále diskutabilní. V dnešní době je nejvíce uznáván trojný bod podle Holdaway (1971) popř. podle Pattison (1989). Především pozice univariantní křivky reakce andalusit=sillimanit je nejistá. • Problém fibrolitu Jehlicovitý sillimanit-fibrolit je mnohem hojnější než prismatický sillimanit. Jeho pole stability velmi pravděpodobně zasahuje do pole andalusitu v trojných diagramech. Důvodem je vliv velikosti krystalů při experimentech. 2. Skupina Al[2]SiO[5] • Výskyty: Horniny bohaté Al a také nízkým poměrem Na+K/Al. • Sillimanit – regionálně metamorfované horniny středního až vyššího stupně, migmatity • Andalusit – kontaktně i regionálně metamorfované horniny (Branná), granity, pegmatity (Dolní Bory) • Kyanit – regionálně metamorfované horniny středního až vyššího stupně (Frymburk, Kovářová, Branná), granulity • Využití: Velmi důležité minerály pro odhad podmínek vzniku hornin. 3. Skupina Al[2]SiO[5 ]- alterace 3. Skupina Al[2]SiO[5 ]- alterace 4. Příbuzné minerály • Kanonaite Mn^3+ Al O SiO[4] rombický, Pnnm, 2/m2/m2/m, a 7.959, b 8.047, c 5.616 Å, V 359.6 Å3, Z 4 substituce: Mn^3+ - Al • Vzhled, barva, optické vlastnosti a výskyt: sloupcovité krystaly, drobně až hrubě zrnité agregáty, velikost do několika mm, tmavě zelená, velmi výrazný pleochroismus v barvách zelená až červenohnědá, velmi vzácný minerál v Mn-bohatých horninách. 4. Příbuzné minerály 4. Příbuzné minerály • Mullit Al[4+2x]Si[2-2x]O[10-x] rombický, Pbam, 2/m2/m2/m, a 7.5416, b 7.6942, c 2.8875 Å, V 167.5 Å3, Z 2, substituce: 2Al O - 2Si q • Vzhled, barva a výskyt: velmi jemné jehlicovité agregáty, bezbarvé až šedé, většinou mikroskopické v horninách vzniklých při kontaktní metamorfóze za velmi vysokých teplot. Důležitý minerál v porcelánu a jiných keramických hmotách. 4. Příbuzné minerály • Boralsilit Al[16]B[6]Si[2]O[37] rombický substituce: 2B q - 2Si O • Vzhled, barva a výskyt: vzácný, většinou jen mikroskopický, velmi podobný sillimanitu, Al,B-bohatých horninách. 4. Příbuzné minerály • Staurolit Obecný vzorec A[4]B[4]C[18]D[4]T[8]O[40]X[8] Monoklinický (pseudorombický) A = Fe^2+, Mg, ( > 2) M(4A),M(4B) B = Fe^2+, Zn, Co, Mg, Li, Al, Fe^3+, Mn, T(2) C = Al, Fe^3+, Cr,V,Mg,Ti M(1A),M(1B),M(2) D = Al,Mg, ( > 2) M(3A), M(3B) T = Si, Al T(1) X = OH,F,O O(1A), O(1B) složení teoretických koncových členů A B C D T O X [4] Fe^2+[4]^ Al[16] Al[2][2] Si[8 ]O[40 ](OH)[2]O[6] [2]Fe^2+[2 ][4]^ Al[16] Al[2][2] Si[8 ]O[40 ](OH)[6]O[2] [4] Fe^2+[4]^ Al[16] [4] Si[8 ]O[40 ](OH)[8] [4] Fe^2+[4]^ Al[16 ]Al[2][2] Si[4]Al[4 ]O[40 ](OH)[6]O[2] [4] Fe^2+[4]^ Al[12]Mg[4 ]Al[2][2] Si[8 ]O[40 ](OH)[6]O[2] [4] Li[4]^ Al[16] Al[2][2] Si[8 ]O[40 ](OH)[6]O[2] 4. Příbuzné minerály • Fyzikální vlastnosti: Barva: hnědá, černohnědá až žlutá v různých odstínech pleochroický: bezbarvý až žlutý Indexy lomu: a 1.736-1.747, b 1.742-1.753, g 1.748-1.761, Hustota: 3.74-3.83, tvrdost: 7-71/2 • Tvar: sloupcovité krystaly a jejich prorostlice 4. Příbuzné minerály 4. Příbuzné minerály Výskyt: Horniny bohaté Al Typický horninotvorný minerál svorů a rul (Keprník), typický těžký minerál vzhledem ke svojí mechanické a chemické odolnosti a hustotě. • Důležitý pro odhad PT podmínek v metamorfovaných horninách. • Typické znaky chemismu přírodních staurolitů: vysoký obsah Fe: pokles X[Mg] • metapelity středního stupně turmalín > cordierit > chlorit > biotit > staurolit > granát pravděpodobně časté minoritní obsahy Li: pokles X[Li] • metapelity středního stupně staurolit > cordierit > biotit > muskovit > granat, turmalín, chloritoid často zvýšený obsah Zn: • Poměr Zn/Fe ve staurolitu je 10x až 100x vyšší než v asociujících minerálech (granát, biotit, chlorit). 5. Další minerály bohaté Al • Safirín (Mg,Fe^2+,Fe^3+,Al)[8]O[2] (Al,Si)[6] O[18] monoklinický, space group P2[1]/m • Poměrně vzácný horninotvorný minerál v horninách vysokého stupně metamorfózy (granulitová až amfibolitová facie). vyskytuje se především v Al-bohatých a Si-chudých horninách spolu se spinelem, granátem, sillimanitem, kyanitem, korundem, ortopyroxenem a cordieritem. • Fyzikální vlastnosti: Barva: světle zelená až modrá, šedá pleochroický: bezbarvá, růžová, světle zelená, světle žlutá Indexy lomu: a 1.701-1.726, b 1.703-1.728, g 1.705-1.734, Hustota: 3.40-3.58 g/cm^3^, Tvrdost: 71/2 Tvar: nepravidelná zrna Typická substituce MgSi Al[-2] 5. Další minerály bohaté Al • Korund Al[2]O[3] trigonální R 3 c • Poměrně častý minerál v Al-bohatých metamorfovaných horninách, méně častý v magmatických horninách. Často v rozsypech. • Pro vznik jsou dále důležité vysoký poměr Al/Si a také nízká aktivita alkálií • Fyzikální vlastnosti Barva: velmi rozmanitá, většinou šedý, namodralý, červená, modrá (rubín, safír) Hustota: 4,0-4,1 g/cm^3^, Tvrdost: 9 5. Další minerály bohaté Al 5. Další minerály bohaté Al • Spinely Spinel MgAl[2]O[4] hercynit FeAl[2]O[4 ]Gahnit[ ]ZnAl[2]O[4] • Kubické Fd3m • Poměrně časté minerály v různých Al-bohatých metamorfovaných horninách, méně často i v magmatických horninách. Často v rozsypech. Pro vznik jsou dále důležité vysoký poměr Al/Si a také nízká aktivita alkálií • Fyzikální vlastnosti Barva: velmi rozmanitá, vzácně bezbarvé, modré, červené, fialová, zelené zelenočerné, černé Hustota: 3,6-4,5 g/cm^3^, Tvrdost: 7-8 Nejčastější substituce: Mg-Fe^2+-Zn-Mn, Al-Fe^3+-Cr 5. Další minerály bohaté Al 5. Další minerály bohaté Al • Yoderit Mg[2](Al,Fe^3+)[6]Si[4]O[18 ](OH)[2] monoklinický, space group P2[1]/m, class 2/m. • Velmi vzácný horninotvorný minerál, známý dosud pouze z křemene-kyanite-mastkových břidlic (~ 10 kbar, ~ 800 ^o C). Doprovázející minerály chlorit, hematit a dravit. Yoderit je indikátorem vysoké fO[2] ve velkých hloubkách zemské kůry. • Fyzikální vlastnosti: Barva: tmavě fialový až smaragdově zelený pleochroický: světle modrá, zelená, světle žlutá Indexy lomu: a 1.689, b 1.691, g 1.715, Hustota: 3.39 g/cm^3,^ tvrdost: 6 Tvar: protáhlá zrna 5. Další minerály bohaté Al • Další Al-bohaté minerály: • Kornerupin (Mg,Fe) (Al,Mg,Fe)[9] (Si,Al,B)[3] (O,OH,F)[22] • Grandidierit (Mg,Fe) Al[3]O[2] (BO[3])SiO[4] • Werdingit (Mg,Fe)[2] Al[12] (Al,Fe)[2] Si[4] (B,Al)[4] O[37] [ ] Vyskytují se ve vysoce metamorfovaných horninách bohatých Al a někdy také B. Většinou se vyznačují výrazným pleochroismem. 6. Závěr Al-bohaté minerály jsou pro geologické implikace důležité z řady důvodů: • Al[2]SiO[5] modifikace jsou důležité pro odhad PT-podmínek jejich mateřských hornin. • Přítomnost Al-bohatých minerálů v horninách ukazuje na: - vysoký obsah Al v hornině (to má zásadní význam pro interpretaci výchozího sedimentu) - Indikuje poměr Al/Si. - Nízkou aktivitu alkálií. 3. Některé Al-bohaté minerály podléhají řadě alterací, které pak dobře indikují podmínky těchto procesů.