Mineralogie II Vznik minerálů Prof. RNDr. Milan Novák, CSc. •Osnova přednášky: •1. Úvod •2. Členění procesů •3. Magmatické procesy •4. Metamorfní procesy •5. Sedimentární procesy •6. Hydrotermální procesy 1. Úvod •Minerály jsou základními stavebními jednotkami různých typů hornin (žula, čedič) a ložisek nerostných surovin (vápence). Dále také řady technických hmot (např. beton), ale také některých biologických objektů (např. zuby, kosti). •Proto je nezbytné porozumět jejich vzniku. amphibol-ds001_m Bez názvu Diorit – hornina s amfibolem a plagioklasem Granit - leštěný vzorek Organogenní vápenec 2. Členění procesů • Pro členění procesů vzniku minerálů můžeme použít mnoho hledisek, níže jsou uvedena jen některá z nich. •1. Podle vlivu člověka •Přírodní (bez vlivu člověka na proces vzniku) – téměř všechny procesy, které studujeme v přírodě a které jsou v této přednášce. •Umělé •- řízené člověkem (výroba umělých minerálů) •- ovlivňované člověkem (minerály na hořících haldách, zvětrávání hornin na historických stavbách). 2. Členění procesů •2. Podle fyzikálně-chemických vlastností mateřského media •Co je mateřské medium? Prostředí, z něhož krystalují minerály. • •Podle typu krystalizace minerálů • •2.1. z taveniny – magmatu (magmatické horniny) •2.2. z fluid (většinou vysokoteplotní metasomatické horniny např. skarny, greiseny, některé plášťové horniny) •2.3. z roztoků (středně-teplotní hydrotermální roztoky až roztoky pokojové teploty, hydrotermální zrudnění, alpské žíly, výplně trhlin, evapority) •2.4. růst v pevném stavu (většina metamorfních procesů, metasomatické horniny), ale i v tomto případě probíhá růst prostřednictvím fluid • •Teplota: zjednodušeně - 2.1. > 2.2. > 2.3. (2.4. velmi variabilní) • •Jednotlivé typy není lehké vždy rozlišit a do určité míry se překrývají. Právě přechod mezi jednotlivými typy jsou většinou nedostatečně prozkoumané. 2. Členění procesů •3. Podle geologické pozice (podle způsobu vzniku) • (více možností, např. také na endogenní a exogenní) •a) magmatické (vyvřelé) • vznikají utuhnutím taveniny magmatu za vysoké teploty • - horniny: žula (granit), čedič (bazalt), plus specifické horniny - pegmatity •b) metamorfní (přeměněné) • vznikají krystalizací v pevném stavu za vyšších teplot a tlaků • - horniny: svor, rula plus metasomatické horniny: skarn •c) sedimentární (usazené) • vznikají poblíž zemského povrchu většinou na dně vodních nádrží za teplot blízkých povrchu, často zvětráváním jiných minerálů • - horniny: pískovec, vápenec •d) hydrotermální • vznikají krystalizací z roztoků a fluid za vyšších teplot • - rudní žíly např. s galenitem (ruda Pb a Ag) • •Určitým způsobem navazují na fyzikálně-chemický přístup, ale jen částečně. • •magmatické horniny a jejich minerály = z taveniny, z fluid •metamorfní horniny a jejich minerály = v pevném stavu, z fluid •sedimentární horniny a jejich minerály = z roztoků •hydrotermální ložiska a jejich minerály = z fluid, z roztoků 2. Členění procesů nový-16 Mag Met Sed Hyd Flu Endogenní procesy Exogenní procesy 2. Členění procesů •Minerály vznikají v širokém rozpětí podmínek (teplota, tlak, aktivita fluid). •Za nejvyšších teplot vznikají hlavně minerály bez H2O – např. olivín, pyroxen, pyrop a najdeme je často v horninách z pláště. • •Za nižších teplot v zemské kůře vznikají minerály bezvodé (kyanit, živce) ale také minerály obsahující malé množství H2O – např. amfiboly a slídy. • •Za teplot blízkých povrchu vznikají minerály obsahující malé množství H2O – např. jílové minerály, sírany aj. 3. Magmatické •Magmatické (vyvřelé) • vznikají utuhnutím taveniny magmatu za vysoké teploty • dělíme je na: •pomalu tuhnoucí v hloubce: žula, diorit •rychle tuhnoucí při povrchu: čedič, ryolit •Nebo podle chemického složení (hlavně obsah SiO2) •na kyselé – intermediální - bazické - ultrabazické 3. Magmatické olivine Granit s krystalem K-živce – kyselá a tuhnoucí v hloubce Čedič s olivínem – bazická a tuchnoucí na povrchu 3. Magmatické - pegmatity •Specifické magmatické horniny složením blízké granitu ale s velkými krystaly zonální stavbou a vzácnými minerály •Granitické pegmatity Pegmatit v granitu - Strzegom Beryl - Maršíkov 3. Magmatické - pegmatity •Chemická charakteristika granitických pegmatitů •Hlavní Si, Al, K, Na, O •Vedlejší Li, Be, Fe, Mn, Ca, •Stopové Cs, Rb, Nb, Ta, Mg •Těkavé H2O, B, F, P • •Minerály •Hlavní: křemen, K-živce, albit • •Vedlejší:muskovit, biotit, turmalín, granát, beryl, lepidolit, apatit, andalusit • •Stopové: columbit, kasiterit, • •S těkavými prvky: turmalín, apatit, topaz, spodumen • Andalusit Elbait 3. Magmatické - pegmatity •typickým znakem je zonální stavba pegmatitových těles, především těch více vyvinutých -charakteristická je také přítomnost pegmatitových textur (např. grafické srůsty křemene a K-živce případně křemene a jiných minerálů, velké krystaly minerálů o objemu až několik m3; -pegmatity tvoří spíše malá (maximálně zhruba 100 m mocná, většinou pouze několik m), převážně žilná tělesa (mohou mít také čočkovitý i zcela nepravidelný tvar) •- jako nejvíce frakciované členy vývoje magmatických komplexů se ve složení granitických pegmatitů uplatňují ve větší míře tzv. inkompatibilní (litofilní) prvky a obsahují řadu vzácných v jiných horninách téměř neznámých minerálů. lalaoky Zonální turmalín 3. Magmatické - pegmatity nova ves Zonálnost pegmatitů 4. Metamorfní •Metamorfní (přeměněné) • vznikají krystalizací v pevném stavu za vyšších teplot a tlaků •Dělíme je velmi nízký, nízký, střední a vysoký stupeň metamorfózy •- horniny: fylit, svor, rula, mramor, migmatit, serpentin • •- plus metasomatické horniny: • skarn, greisen GAR-5b nový-16 Almandin v rule 4. Metamorfní obr3 nedvModryDepo Trem Mramory zavrásněné do rul, Černá v Pošumaví Mramor s wollastonitem a vesuvianem Mramor s tremolitem 4. Metamorfní Staurolit Kyanit Pyrop v serpentinitu 4. Metamorfní - metasomatické •Metasomatické horniny jsou svým vznikem podobné metamorfovaným horninám, ale při jejich vzniku dochází k výrazné změněn chemického složení, tedy část prvků ke přinesena a část odnesena. • •Typickým příkladem jsou skarny. •Metasomatické silikátové většinou bezživcové horniny bohaté Ca vznikající jako výsledek reakcí hydrotermálních fluid s karbonáty bohatými litologiemi. Jejich typickým znakem je často polyfázový vývoj. • nový-17 hedenbergit Hedenbergit Grosular 4. Metamorfní - metasomatické •Příklady nejznámějších i ekonomicky nejvýznamnějších metasomatických procesů v metamorfních podmínkách • •Metamorfní prostředí •Skarny •Fenity •Greiseny 4. Metamorfní - metasomatické Wollastonit Skarn 4. Metamorfní - metasomatické •Typické minerály skarnů: •Granáty - grosular, andradit •Pyroxeny – diopsid, hedenbergit •Amfiboly •Vesuvian •Wollastonit •Epidot • •Dále řada rudních minerálů: •Scheelit, chalkopyrit, magnetit •Podle mineralogického složení je dělíme na: •Ca-skarny •Mg-skarny •Fe-skarny •Mn-skarny • Wollastonit 4. Metamorfní - metasomatické Dalším typickým příkladem metasomatických hornin jsou greiseny Typické minerály: Křemen Slídy a Li-slídy Topaz Rudní minerály: Kasiterit Wolframit Molybdenit Scheelit Chalkopyrit Řez ložiskem Horní Slavkov Cinvaldit 4. Metamorfní - metasomatické •Fenitizace • Tento proces je svázaný s alkalickým magmatismem a dochází při něm k intenzivnímu přínosu Na a K. Vznikají minerály s vysokým obsahem Na, popř. K a také s vysokým poměrem Na+K/Al a Fe/Mg. • 5. Sedimentární •Sedimentární (usazené) horniny • vznikají poblíž zemského povrchu většinou na dně vodních nádrží za teplot blízkých povrchu, často zvětráváním jiných minerálů •- Usazením a zpevněním úlomků minerálů •- Usazování z roztoků •- Z organických zbytků •- horniny: pískovec, vápenec, droba, jílovec, písek, jíl, sůl kamenná • •Zvětrávání proces, který předchází vznik sedimentárních hornin a kdy dochází k rozkladu primárních minerálů na sekundární. •Např. živec větrá na kaolinit • chalkopyrit větrá na malachit zel_ruda2 Limonit Kalcit 5. Sedimentární Organogenní vápenec Pískovec 6. Hydrotermální •Hydrotermální mineralizace jsou velmi pestré a zahrnují: •Rudní hydrotermální žíly, kde hlavní výplní žil jsou křemen, kalcit nebo dolomit a široká škála rudních minerálů jako pyrit, chalkopyrit, galenit, sfalerit, antimont, uraninit, hematit •Alpské žíly, které jsou vyplněny běžnými horninotvornými minerály, např. epidot, albit, prehnit, křemen, K-živec (adulár), rutil, titanit, chlorit aj. Galena chalcopyrite Galenit Chalkopyrit 6. Hydrotermální epidot 1 sfalerit Bez názvu Sfalerit Hematit Epidot Shrnutí •1. Magmatické procesy • - vysoké teploty, někdy vysoký tlak, • - probíhají od pláště až po zemský povrch •2. Metamorfní procesy • - vysoké až nízké teploty, vysoké až nízké tlaky, • - probíhají od pláště až po zemský povrch, PT-pole magmatických a metamorfních procesů se překrývá, v tomto poli se liší mediem, z něhož krystalují: tavenina – pevná fáze •3. Hydrotermální procesy • - střední až nízké teploty, střední a hlavně nízké tlaky • - navazují na nebo se mírně překrývají s magmatickými, popř. i metamorfními procesy, liší se mediem, z něhož krystalují: tavenina – pevná fáze – hydrotermální roztok nebo fluidum •4. Sedimentární procesy • - nízké teploty a hlavně nízké tlaky • - navazují na nebo se mírně překrývají • s metamorfními procesy - diageneze • •Neexistují jasně definované P-T hranice mezi •jednotlivými procesy, proto je nutné vedle •geologického členění využívat i fyzikálně- •chemické podle mateřského media, jsme- •li schopni je definovat. nový-16