Akcesorické minerály Prof. RNDr. Milan Novák, CSc. Beryl a Be-minerály Osnova přednášky: • Úvod • Skupina berylu • Beryl • Minerály Be • Alterace Be-minerálů 1. Úvod • Berylium (Be) patří vzhledem ke svým amfoterním vlastnostem k důležitým stopovým prvkům. • Rozměr kationtů – ^ IVBe = 0,27 Å ^ VIBe = 0,45 Å a zároveň nízká valence vedou k tomu, že Be jen těžko vstupuje do tetraedrické pozice obsazované Si, Al nebo P a většinou vstupuje do další tetraedrické pozice T(2) v minerálech často spolu s Al, popř. Li nebo B. 1. Úvod • Malá schopnost Be vstupovat do stejných strukturních pozicí s jinými prvky vede k tomu, že je dnes známo asi 110 minerálů Be. To, že se může vyskytovat, jak v pozici klasického kationtu např. v bertranditu Be[4][Si[2]O[7]] (OH)[2], tak v aniontové části alumosilikátů alkalických kovů (Na) např. v epididymitu Na[2][Be[2]Si[6]O[15]] . H[2]O, umožňuje využít minerálů Be k odhadu podmínek vzniku minerálních asociací. Nejdůležitějším minerálem Be je beryl. 2. Skupina berylu • Obecný vzorec: CT(2)[3]O[2]T(1)[6]O[18 ] • pozice C (kanál) = vakance, Na, Cs, H[2]O (He, Ar) I H[2]O II H[2]O • pozice T(2) (tetraedrická 2) = Be, Li, Al (vakance) • pozice O (oktaedrická) = Al, Fe^3+, Sc, Mg, Fe^2+, Cr, V, Mn • pozice T(1) (tetraedrická 1) = Si, Al • Hexagonální 2. Skupina berylu 2. Skupina berylu 2. Skupina berylu • Tabulka 1. Přehled minerálů skupiny berylu • Minerál idealizovaný vzorec typová lokalita rok popisu Beryl Be[3]Al[2]Si[6]O[18] neznámá starověk Bazzit Be[3]Sc[2]Si[6]O[18] Baveno, Alpy 1915 Stoppaniit Be[3]Fe^3+[2]Si[6]O[18] Capranica, Řím 1998 Pezzottait CsBe[2]LiAl[2]Si[6]O[18] Madagascar 2003 Indialit Al[3]Mg[2]Si[5]AlO[18] Bihar, Indie 1954 Protože indialit neobsahuje Be, není už blíže popsán. Ale jeho vzorec nám ukazuje, že do strukturně příbuzných pozic vstupují i jiné kationty. 2. Skupina berylu Další minerály skupiny berylu s výjimkou bazzitu jsou téměř neznámé. Dílem proto, že jsou velmi vzácné (indialit, stoppanit), ale hlavně proto, že většina z nich byla popsána relativně nedávno (stoppanit, pezzottait). Bazzit Be[3]Sc[2]Si[6]O[18] Ve srovnání s berylem jde o velmi vzácný minerál známý jen z několika málo desítek lokalit na celém světě. Bazzit má většinou jasně modrou barvu, poněkud nižší tvrdost a vyšší hustotu, ale jinak je velmi podobný berylu. Tmavě modré beryly jsou bez detailnějšího studia neodlišitelné. Bazzit se vyskytuje výhradně v pegmatitech vzácných zemin, kde často krystaluje v dutinách. Nejznámější lokalitou je Baveno v Itálii, vyskytuje se také v Königshainu u Görlitz, Německo poblíž našich hranic. Stoppanit Be[3]Fe^3+[2]Si[6]O[18] Dosud je znám pouze z jediné lokality v alkalických vulkanických horninách v oblasti Latium poblíž Říma, jde tedy o extrémně vzácný minerál. Jeho vznik vyžaduje vysoce oxidační prostředí a vysokou aktivitu Be a Fe vedle nízké aktivity Al. Pezzottait CsBe[2]LiAl[2]Si[6]O[18] Zcela nově popsaný minerál ze skupiny berylu nazvaný podle mineraloga Přírodovědného muzea v Miláně Federica Pezzotty, který tento minerál objevil. Vyskytuje se na několika lokalitách komplexních pegmatitů na Madagaskaru, kde tvoří růžové tabulkovité krystaly až několik cm velké v dutinách pegmatitů, kde bývá doprovázen albitem. Už se stal velmi atraktivním minerálem pro sběratele. 3. Beryl 3. Beryl 3. Beryl 3. Beryl • Vlastnosti: • většinou nazelenalý nebo nažloutlý, nedokonale štěpný, t = 7, h = 2,65 , ve výbruse podobný křemeni ale často alterovaný • Variety: smaragd – smaragdově zelený (Cr,V) akvamarín - modrozelený heliodor – žlutý morganit – růžový (Cs) • Často velmi blízký teoretickému vzorci, někdy nízké obsahy Na, H[2]O, Fe a Mg. Další prvky někdy vstupující prvky jsou Cs popř. Cr a V. • Nejnovější výzkumy ukazují na zřetelnou mísitelnost mezi berylem a minerály skupiny cordieritu Al[3] (Mg,Fe)[2]AlSi[5]O[18] – cordieritem a sekaninaitem (srovnej vzorec indialitu). Zvýšený obsah Be v cordieritech z pegmatitů je poměrně častý, až 1,94 váh.% BeO, naopak beryl může obsahovat vysoká množství femických prvků, např. až okolo 7 % FeO[tot]. A 4 % MgO. V cordieritu jsou známy dvě substituce pro vstup Be ^ CHNa^TBe ^CH O^TAl[-1] a BeSiAl[-2]. 3. Beryl 3. Beryl 3. Beryl 3. Beryl 3. Beryl 3. Beryl 3. Beryl • Výskyty berylu Beryl je pravděpodobně nejhojnějším minerálem Be vůbec, i když hlavním zdrojem Be je dnes bertrandit. • Beryl se vyskytuje v různých geologických prostředích • Beryl se vyskytuje v různých typech magmatických a metamorfovaných hornin, zjištěn byl také na hydrotermálních žilách, v greisenech ale i v sedimentech. • 1. granitické pegmatity - nejhojnější typ výskytu, několik set ppm Be je dostatečné ke krystalizaci berylu z taveniny. Složení berylu kolísá podle typu mateřského pegmatitu, v relativně primitivních pegmatitech se blíží teoretickému vzorci, v silně frakciovaných pegmatitech může obsahovat vysoké obsahy Cs popř. Li. • 2. greiseny a vysokoteplotní hydrotermální křemenné žíly • 3. metamorfované horniny – často obsahuje zvýšená množství např. Fe, Cr, Mg, Sc, aj. 3. Beryl Granitické pegmatity jsou jednoznačně nejčastější typ výskytu berylu v přírodě. Ke krystalizaci berylu z pegmatitové taveniny je dostatečný obsah pouze několika set ppm Be, proto je beryl v pegmatitech poměrně častý, často ale uniká pozornosti. Beryl je znám z více typů pegmatitů, které lze rozdělit do několika skupin. Jednotlivé pegmatity ale nelze vždy jednoznačně klasifikovat do některého z níže uvedených typů a někdy se zařazení pegmatitů u jednotlivých autorů liší. • Pegmatity vzácných prvků jsou nejhojnější třídou pegmatitů a dělí se do několika typů a subtypů. • Berylový typ (zahrnuje beryl-columbitový a beryl-columbit-fosfátový subtyp) Zde je beryl typomorfní minerálem, ale přítomnost berylu na lokalitě ještě nutně neznamená, že jde o berylový pegmatit ve smyslu této klasifikace. Platí to hlavně tehdy, odráží-li přítomnost berylu nejvyšší stupeň frakcionace v pegmatitovém tělese, tedy chybí zde nebo jsou extrémně vzácné např. minerály Li a nebo minerály REE. Beryl tvoří sloupcovité více či méně dokonale omezené krystaly někdy dosahují délky až 8 m. Jejich barva je většinou světle žlutá až světle zelená s různými odstíny, beryl může být i světle šedý nebo mírně namodralý. V těchto pegmatitech je většinou přítomen pouze jediný paragenetický typ berylu. Někdy se objevuje v dutinách jako dokonale vyvinuté krystaly. Spolu s berylem se vyskytují muskovit, granát, turmalín, columbit, zirkon, gahnit, kasiterit, niobový rutil a primární fosfáty (např. trifylin). V tomto typu pegmatitů se vyskytuje podstatná část berylu a známé lokality leží hlavně v Brazílii (Minas Gerais), Mosambiku, USA, Kanadě, na Madagaskaru. Typickými lokalitami u nás jsou např. oblast Písek a Údraž, Maršíkov a další lokality v Hrubém Jeseníku, Věžná u Nedvědice, Meclov u Poběžovic, Kynžvart u Mariánských Lázní. • Vzácno-zeminový typ (zahrnuje euxenitový a gadolinitový subtyp) V těchto pegmatitech se vyskytují především minerály vzácných zemin - REE (např. Ce, La, Nd) a Y, jako jsou allanit, euxenit, aeschynit, samarskit, fergusonit, ale i Be-obsahující minerál gadolinit. Beryl je zde vzácný a typickými lokalitami jsou např. Iveland v Norsku, u nás Kožichovice u Třebíče. 3. Beryl • Komplexní (Li) typ (zahrnuje spodumenový, petalitový, lepidolitový, amblygonitový a elbaitový subtyp) V těchto pegmatitech se beryl vyskytuje často ve více paragenetických typech. V okrajových zónách pegmatitů je beryl podobný výskytům v méně frakciovaných berylových pegmatitech barvou, chemickým složením i minerální asociací. Ve více frakcionovaných částech pegmatitových těles a v dutinách, kde je beryl často doprovázený minerály s Li (spodumen, lepidolit, elbait, petalit, amblygonit), je obohacený Li a Cs a má světle šedou, bílou nebo růžovou barvu. Typické lokality jsou např. Tanco, Manitoba, Kanada, Bikita, Zimbabwe, Alto Ligonho, Mosambik, u nás Nová Ves u Českého Krumlova, Rožná u Bystřice nad Pernštejnem, Puklice a Jeclov u Jihlavy. • Miarolitické pegmatity Tato třída pegmatitů je charakteristická přítomností hojných dutin, ale jinak jsou velmi podobné pegmatitům třídy vzácných prvků. Zde se beryl vyskytuje v dutinách často v dokonale vyvinutých průhledných krystalech jako akvamarín nebo heliodor, spíše výjimečně se objevuje také morganit. Typické lokality jsou např. Volyně na Ukrajině (heliodor), Mt. Antero, Colorado, USA, a Gilgit, Pakistán (akvamarín) nebo San Piero, Elba, Itálie (morganit), u nás tento typ pegmatitů zatím nebyl zjištěn. • Ryolity jsou dalším typem hornin, kde se můžeme s berylem setkat, i když jen velmi vzácně a pouze v dutinách. Zde ale většinou vzniká až v hydrotermální fázi např. spolu s topazem, fluoritem, hematitem a spessartinem. V tomto typu hornin se vyskytuje rudý beryl - bixbit. Typické lokality např. Thomas Range nebo Wah Wah leží ve státě Utah, USA, u nás tento typ chybí. 3. Beryl • Vysokoteplotní hydrotermální křemenné žíly a greiseny obsahují bílý až bezbarvý beryl poměrně vzácně např. ve srovnání s pegmatity. Většinou tvoří nevelké krystaly nebo jejich agregáty zarostlé v křemeni doprovázené např. apatitem. Typické lokality jsou např. v Armorickém masívu ve Francii (Morbihan), Šerlovaja Gora, Sibiř u nás např. Krásno u Horního Slavkova. • Středněteplotní hydrotermální žíly s dominantním kalcitem a/nebo křemenem jsou dalším genetickým typem. Vzhledem k odlišnému chemickému složení okolních hornin se výrazně liší složení i barva berylu, takže do této skupiny patří např. kalcitové žíly se smaragdy a minerály vzácných zemin z lokality Muso v Kolumbii nebo křemen-kalcitové žíly s modrým berylem z řady lokalit v Alpách a v Pyrenejích, které často pronikají horninami s hematitem. U nás jsou jedinou podobnou lokalitou Skály u Rýmařova. • Metamorfované horniny zahrnují více různých hornin, kde se beryl vyskytuje – např. svory, metabazity a serpentinity. Tyto horniny jsou většinou v asociaci s magmatickými horninami (často pegmatity), které jsou zdrojem Be. V souhlase s chemickým složením hornin, obsahuje beryl často vysoké množství Fe, Mg, ale také Cr a V. Typickými lokalitami jsou především výskyty smaragdu jako jsou Habachtal, Alpy, Rakousko nebo Tokovaja na Urale. Někdy je doprovázen dalšími minerály Be, např. fenakitem nebo chryzoberylem. Tento typ výskytů berylu u nás dosud chybí. • Sedimenty jsou vzhledem k nízké hustotě berylu a jejich časté hydrotermální alteraci méně běžným typem výskytu berylu. Přesto se zde vyskytují v náplavech především drahokamové typy berylu, např. v Nigérii nebo na Srí Lance. Tento typ výskytu berylu není v ČR znám. 4. Minerály Be - a • Oxidy Chryzoberyl BeAl[2]O[4] rombický • Fosfáty Beryllonit NaBe(PO[4]) rombický Hurlbutit CaBe[2](PO4)[2] monoklinický Herderit CaBe PO[4 ](F,OH) monoklinický • Boráty Hambergit Be[2] [BO[3]] (OH,F) rombický • Silikáty Fenakit Be[2] SiO[4] trigonální Euklas BeAl SiO[4] (OH) rombický Bertrandit Be[4][Si[2]O[7]] (OH)[2] rombický Bavenit Ca[4] [Be[2]Al[2]Si[9]O[27]] (OH) rombický Bityit CaLiAl[2]AlBeSi[2]O[10] (OH)[2] monoklinický 4. Minerály Be - b • Silikáty Milarit A2B2C[T(2)3T(1)12O30] H2O hexagonální A = K, Na, Y, REE, Ca B = Ca, Y, Na, vakance T(2) = Be, Al T(1) = Si Skupina gadolinitu X2Y [Be2Si2O10] monoklinický X = Y, Ce, Yb, Ca Y = Fe3+, Y, vakance O = OH Skupina helvinu A4[Be3Si3O12] S kubický A = Mn (helvin), Fe (danalit), Zn (genthelvin) Na rozdíl od výše uvedených minerálů Be, tyto skupiny jsou chemicky velmi proměnlivé 4. Minerály Be - c • Silikáty z alkalických hornin Epididymit Na2[Be2Si6O15] . H2O rombický Čkalovit Na2BeSi2O6 rombický Melifan CaNaBeSi2O6F tetragonální Minerály Be uvedené v části a) mají většinou chemické složení blízké ideálnímu vzorci snad kromě variace OH-F v herderitu a hambergitu. Pouze bavenit a bityit mají poněkud modifikovaná složení, např. nahrazování části Al - Be. Minerály v části b) jsou chemicky silně variabilní, naopak minerály v části c) jsou opět velmi blízké ideálnímu složení. Většina minerálů Be jsou hospodářeky bezvýznamné kromě využití jako drahý kámen (chryzoberyl, fenakit). Bertrandit a tzv. sferobertrandit jsou ale hlavním zdrojem Be z vulkanických tufů ve státě Utah. 4. Minerály Be • Vznik minerálů Be v různých geologických prostředích Minerály Be lze rozdělit geneticky do několika skupin: - primární (magmatické, metamorfní) - hydrotermální (vzniklé z fluid) - sekundární (vzniklé pozdní hydrotermální alterací primárních minerálů vzniklých při magmatických, hydrotermálních popř. metamorfních procesech) 4. Minerály Be • Geologické prostředí se zvýšenými obsahy minerálů berylia • 1. Magmatické 1.1. granitické pegmatity a granity LCT (beryl, chryzoberyl, boráty, fosfáty) a NYF (beryl, fenakit, gadolinit, bazzit) 1.2. alkalické pegmatity (čkalovit, melifan, epididymit) 1.3. vulkanické horniny (beryl, stoppannit) 1.4. ryolitové tufy (bertrandit) • 2. Hydrotermální a metasomatické 2.1. greiseny (beryl, euklas) 2.2. skarny (helvin, danalit) • 3. Metamorfované 3.1. svory, ruly, metabazity (beryl, fenakit, chryzoberyl) 3.2. alpská parageneze (milarit, euklas) • 4. Pozdní produkty hydrotermální (sekundární) alterace primárních minerálů (bertrandit, bavenit, milarit). 5. Alterace Be-minerálů 5. Alterace Be-minerálů 5. Alterace Be-minerálů 5. Alterace Be-minerálů 5. Alterace Be-minerálů 6. Závěr • Minerály Be jsou vzhledem ke specifickým vlastnostem Be velmi vhodným indikátorem podmínek jejich vzniku ve velmi širokém rozsahu PTX-podmínek včetně pH, aktivity různých prvků (Na, Ca, P).