1
3. Minerály metamorfovaných hornin a
termobarometrie
Petrologie G3021
Krystalochemie horninotvorných minerálů
• substituce jednoduché – stejný
náboj/podobný at. poloměr –
neomezená mísivost (Mg-Fe)
• odlišný at. poloměr – omezená
mísivost (Mg-Ca)
• podvojné - atomy s nestejným
nábojem ve dvou pozicích
Krystalografické poziceDůležité substituce
min. koncové členy substituční vektory
olivín forsterit Mg2SiO4 <—> fayalit Fe2SiO4 Fe2+ <—> Mg2+
plag. albit NaAlSi3O8 <—> anorthit CaAl2Si2O8 Na+ Si4+ <—> Ca2+ Al3+
amf.
tremolit Ca2Mg5Si8O22(OH)2 <—>
tschermakit Ca2(Mg3Al2)(Al2Si6)O22(OH)2
VIMg2+ IVSi4+ <—>VIAl3+ IVAl3+
(tschermakitová substituce)
slídy
muskovit KAl2(AlSi3)O10(OH)2 <—> fengit
KMgAlSi4O10(OH)2
VIAl3+ IVAl3+ <—> VIMg2+ IVSi4+
• Důležité horninotvorné minerály metamorfovaných hornin
• Křemen a další polymorfy SiO2
• Živce (plagioklasy – albit, anortit, ortoklas, sanidin) CaAl2Si2O8-NaAl2Si3O8
• Biopyriboly = pyroxeny (enstatit, ferosilit, diopsid, hedenbergit, jadeit, omfacit)
amfiboly (aktinolit, tremolit, obecný amfibol, glaukofan)
slídy (muskovit, biotit, paragonit, flogopit), mastek, pyrofylit
• Skupina olivínu (olivín, forsterit) Mg2SiO4
• Granáty (almandin, pyrop, grossular) XII
3YIII
2(SiO4)3
• Epidotová skupina (epidot, zoisit, klinozoisit, pumpellyit)
• Alumosilikáty (sillimanit, andalusit, kyanit)
• Al-bohaté minerály (staurolit, chloritoid, diaspor)
• Jiné silikáty (cordierit, chlority, wollastonit, lawsonit, prehnit)
• Zeolity (analcim, heulandit, laumontit, stilbit)
• Karbonáty (kalcit, dolomit)
•
2
Minerály metapelitů a ortorul
Metapelity (fylit, svor, rula)
SiO2-Al2O3-K2O-MgO-FeO-H2O
Minerály: křemen, plagioklas, muskovit, (draselný
živec), biotit, Al2SiO5, chloritoid, chlorit,
staurolit, cordierit, granát.
Křemen-živcové horniny (ortoruly)
SiO2-Al2O3-K2O-Na2O-CaO-H2O
Minerály: křemen, plagioklas, draselný živec,
muskovit, biotit, granát.
Metabazity (zelená břidlice, amfibolit, modrá
břidlice, eklogit)
SiO2-Al2O3-Na2O-MgO-FeO-H2O
Minerály: plagioklas, amfiboly, křemen, chlorit,
granát, zeolity, epidotová skupina, pyroxeny.
Minerály hornin bohatých na Ca a Mg
Vápenatosilikátové horniny SiO2-Al2O3-K2O-CaO-MgO-H2O
Metakarbonáty MgO-CaO-CO2-H2O
Křemité dolomity MgO-CaO-SiO2-CO2-H2O
Ultramafity SiO2-MgO-CaO-CO2-H2O
Minerály: pyroxeny, vesuvian, granát, Ca-Mg amfiboly, olivín, wollastonit,
minerály serpentinové skupiny, (křemen, plagioklas), spinelidy.
ultramafity – serpentinit, mastková břidlice, chloritická břidlice
vápenatosilikátové horniny – pyroxenická rula (erlán), rodingit, skarn
Křemen (SiO2)
Stishovite
C o esite
α- qua rtz
β- q uartz
L iquid
Trid ym ite
C risto balite
600 100 0 140 0 1800 2200 2 600
2
4
6
8
10
Pressure(GPa)
Tem p erature o C
Uzavřenina coesitu v granátu - eklogit
Nižší křemen SiSiIVIV
Stishovit SiSiVIVI
- horninotvorné minerály tvořící podstatnou část zemské kůry
- jsou to bezvodé tektoalumosilikáty s obecným vzorcem:
MT4O8 kde M = Na+, K+, Ca2+, (Ba2+, Sr2+, Cs+, Pb2+)
T = Si4+, Al2+, (Fe2+, Fe3+, P5+, Ti4+)
Živce
• jsou nejrozšířenější minerály v zemské kůře (tvoří 59 objemových % zemské kůry).
• jsou součástí svrchního pláště, ale spodní plášť a jádro Země zřejmě živce neobsahují
• připadá na ně asi 0,2 % hmotnosti planety
AlbitAlbit:: NaNaAlAlSiSi33OO88
JestližeJestliže AlAl3+3+ zastupujezastupuje jednojedno SiSi4+4+
umožňuje struktura obsazeníumožňuje struktura obsazení NaNa++ nebonebo KK++
PokudPokud jsou ve struktuře nahrazovjsou ve struktuře nahrazováány dvany dva
SiSi4+4+ zaza AlAl3+3+ obsazuje poziciobsazuje pozici CaCa2+2+
• Albit - NaAlSi3O8
• Anortit - CaAl2Si2O8
• Sanidin (K,Na)(Si,Al)4O8
• Draselný živec - KAlSi3O8
(ortoklas, mikroklin a albit do 5% An)
• Kromě Na, Ca a K mohu
živce obsahovat Ba, Sr, Rb.
alkalické živce
izomorfní řada albit – ortoklas
za povrchové teploty neúplná
izovalentní zastupování Na+ za K+
sodnovápenaté živce ( plagioklasy)
úplná izomorfní řada albit – anortit
heterovalentní zastupování Na+ za Ca2+
valence se kompenzují zastupováním
Si4+ za Al3+
barnaté živce
např. celsian BaAl2Si2O8, mon.
3
• Albit → zelené břidlice, fylity
• Oligoklas → ruly, amfibolity
• Andesin
• Labradorit
• Bytownit
• Anortit
vápenato-silikátové horniny
Plagioklasy
Za teplot pod 400 °C se v systému NaAlSi3O8 - CaAl2Si2O8 vyskytuje buď albit nebo anortit.
Okolo 500 °C dochází ke skokové změně z albitu na oligoklas (peristeritová díra).
Alkalické živce
Výskyt: ortoruly, granulity, vysokoteplotní kontaktní rohovce (sanidin)
• využití v termometrii: barometry (např. GASP) a termometr pomocí solvu
• živce podléhají přeměnám na jiné minerály
• bývají postiženy celé krystaly, jednotlivé růstové zóny nebo systémy dvojčatných lamel
Přeměny:
• myrmekitizace: orientovaný srůst draselného živce a vápenatého plagioklasu,
zatlačování draselného živce plagioklasem - odnos K a přínos Ca a Na
plagioklas tvoří v draselném živci útvary podobné chodbičkám
termínem myrmekit se také označují agregáty tvořené živcem a křemenem
• sericitizace: přeměna na agregát jemnozrnného muskovitu (tzv. sericitu)
často je sericit doprovázen albitem
vzniká působením hydrotermálních roztoků na alkalické živce
• kaolinitizace: přeměna alkalických živců na kaolinit
probíhá při zvětrávání ve slabě kyselém prostředí
muže k ní docházet působením hydrotermálních roztoků
• saussirizace: přeměna vápníkem bohatých plagioklasů na jemnozrnný agregát různých
minerálů,
nejčastěji epidotu (klinozoisitu), albitu, křemene, kalcitu, sericitu, skapolitu, vesuvianu atd.
probíhá za nízkoteplotních metamorfních a metasomatických podmínek
• Skupina skapolitu
• metabazity, karbonátové horniny, metaevapority
• kompletní mísivost mezi marialitem (3NaAlSi3O8
.NaCl) a
meionitem (3CaAl2Si2O8
.CaCO3 nebo CaSO4)
• tetragonální
• tektosilikáty
• Skapolit ve vyvřelé hornině
ovlivněné asimilací: minerální
složení augit (cpx), plagioklas
(plag), skapolit (scap), kalcite
(cc) nefeline (ne) draselný živec
(ksp)
Skupina zeolitů
• skupina hydratovaných tektoalumosilikátů
• velké (obvykle 0,3–0,8 nm) dutiny a kanály ve struktuře
• v dutinách jsou nepříliš pevně vázány molekuly H2O (tzv. “zeolitová voda”), kationty
alkalických kovů (Na+, K+, Li+, Cs+) a alkalických zemin (Ca2+, Mg2+, Ba2+, Sr2+).
• obecný vzorec skupiny lze napsat: MxDy[Alx+2ySin–(x+2y)O2n] · mH2O
• kde: M = Na+, K+, Li+ a D = Ca2+, Sr2+, Ba2+, Mg2+
• zeolity vznikají v některých slabě regionálně metamorfovaných horninách (zeolitová facie)
a některých kontaktních metamorfitech (slabě metamorfované bazické horniny a jejich tufy)
• Analcim - krychlový
• NaAlSi2O6
. 6H2O
• Natrolit - kosočtverečný
• Na2Al2Si3O10
. 2H2O
• Chabazit - trigonální
• CaAlSi2O6
. 3H2O
[SiO3]2- jednoduché řetězy Inosilikáty [Si4O11]4- dvojité řetězy
pyroxeny amfiboly
Inosilikáty
Obecný vzorec:
A0-1 B2 C5 [T8O22] (OH, F, Cl)2
A = Na K
B = Ca Na Mg Fe2+ (Mn Li)
C = Mg Fe2+ Mn Al Fe3+ Ti
T = Si Al
• strukturu amfibolů tvoří dvojité řetězce
tetraedrů [SiO4]4– , uložené vzájemně
rovnoběžně ve směru vertikály
• ve směru protažení se opakuje skupina čtyř
tetraedrů [Si4O11]6– (dvojčlánkový řetězec)
část Si 4+ v tetraedrech může být nahrazena Al 3+
mezi řetězci jsou uloženy kationty W, X, Y
Chemické složení amfibolů
4
Klasifikace amfibolů
• dnes se používá klasifikace (Leake et al., 1997; Amer. Mineral. v82, 1019-1037).
• klasifikace je založena na několika parametrech:
a) obsazení B pozice = poměr Mg/(Mg+Fe2+)
b) množství Si kationtů při přepočtu na 23 kyslíků
c) obsah oktaedrického hliníku (AlVI = aluminum in the C-site)
d) trojmocného železa (Fe3+ in the C-site).
• Základní rozdělení amfibolů je založeno na obsazení pozice B:
amfiboly mají velký počet pozic a velký rozsah velikostí kationtů, které tyto pozice obsazují proto jsou
chemicky velmi variabilní
amfiboly jsou monoklinické a rombické
je popsáno cca 75 koncových členů (široká izomorfním mísivost)
amfiboly můžeme rozdělit na :
(a) Mg–Fe amfiboly,
(b) Ca-amfiboly,
(c) alkalické amfiboly
Využití amfibolu v petrologii
• Substituce v amfibolitech umožňují využít tento minerál pro určení tlaku, teploty a fugacity
kyslíku.
• Chemické složení amfibolu je také výrazně závislé na složení celé horniny
a) Mg# (Mg/(Mg+Fe2+) závisí výrazně na složení systému a daleko méně na teplotě.
b) Tschermakitová substituce [X2+]C + [Si]T = [Al]C + [Al]T (VIMg2+ IVSi4+ <—>VIAl3+ IVAl3+)
stoupá s nárůstem tlaku (amfiboly se s nárůstem tlaku stávají bohatší Al naopak).
c) Edenitová substituce [VAC]A + [Si]T = [Na]A + [Al]T stoupá s nárůstem teploty ( obsah sodíku
a hliníku v amfibolu roste s nárůstem teploty)
d) Substituce trojmocného železa za hliník v C pozici roste s fugacitou kyslíku
e) Obsah Ti je ovlivněn stupněm metamorfózy (funguje pouze pokud je v hornině dostatek Ti pro
saturaci amfibolu). Projevuje se v barvě amfibolů světle zelený až olivově zelený přechází do
hnědé s nárůstem stupně metamorfózy a Ti.
f) Při nízkém stupni metamorfózy (tremolit-aktinolit) je nulový a stoupá s nárůstem metamorfózy
k obsahům typickým u horblendu (kolem 0,5 atomů Na+K, 2,5 atomů Al).
g) Vysoký obsah oktaedrického Al, nebo Na v M4 pozici indikují vysoké tlaky.
Holland a Blundy (1994) publikovaly nejnovější empirickou kalibraci amfibolplagioklasového
termometru. Je tvořen dvěma na reakcemi:
A) edenit-tremolit reakce je použitelná pro metabazity v nichž je zastoupen křemen.
B) edenit-richteritová reakce je vhodná také pro horniny bez křemene.
Chemizmus Pyroxenů
Obecný vzorec pyroxenů:
W1-P (X,Y)1+P Z2O6
– W = Ca Na
– X = Mg Fe2+ Mn Ni Li
– Y = Al Fe3+ Cr Ti
– Z = Si Al
• pyroxeny mají monoklinickou
(klinopyroxeny, cpx.) a rombickou
(ortopyroxeny, opx.) symetrii
• jsou to bezvodé minerály, které za
přítomnosti vody a při působení
vysokých teplot a přechází na
amfiboly
• za nižších PT podmínek snadno
podléhají přeměnám: enstatit na
serpentinové minerály, augit na
chlority, cpx a opx na amfiboly
(uralitizace)
5
Morimoto et al.,
(1988 - American
Mineralogist,
v73, 1123-1133).
a) Mg–Fe pyroxeny
při obsahu složky Ca2Si2O6 do 5 % jsou rombické a
nad touto hranicí monoklinické (pigeonit)
úplná izomorfní řada mezi enstatitem Mg2Si2O6 a
ferrosilitem Fe2Si2O6
b) Ca-pyroxeny
jsou monoklinické
úplná izomorfní řada mezi diopsidem CaMgSi2O6 a
hedenbergitem CaFeSi2O6
augit je přechodný člen se zvýšeným podílem Fe3+ a
Al na úkor Fe2+ a Mg)
c) alkalické pyroxeny (Ca–Na, Na a Li)
jsou monoklinické
složení můžeme vyjádřit v trojúhelníku
NaAlSi2O6 – NaFe3+Si2O6 – (Ca,Mg,Fe)2Si2O6
dále sem patří Li-pyroxen spodumen
• Jednoklonné
pyroxeny
• Diopsid
• Salit
• Augit
• Pigeonit
• Kosočtverečné
pyroxeny:
• Enstatit
• Bronzit
• Hypersten
• Alkalické
proxeny:
• Egerin -
NaFeSi2O6
• Spodumen -
LiAlSi2O6
augitaugit
egerinegerin
ortopyroxen
Garnát-Cpx-fengitový barometr
• Holland and Powell (1990, J Metamorphic Geol. 8, 89-124)
• založeno na reakci pyrope + 2grossular = 6diopside + 3Al2Mg-1Si-1
• P-T rozsah barometru 6 - 40 kbar, 400 - 900°C
• P(kbar) = 28.05 + 0.02044T - 0.002995T.lnK
• T = teplota v kelvinech
Příklad využití pyroxenu v metamorfní petrologii
Wollastonit
• CaSiO3
• blízce příbuzný
pyroxenům
(Pyroxenoid)
• mramory, erlany,
skarny
• CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2
Skupina slíd
• Skupina významných horninotvorných minerálů,
trojvrstevných fylosilikátů s obecným vzorcem:
IM2–3T4O10A2
• kde:
I = K+, Na+, ...(mezivrstevní kationty)
M = Li+, Al3+, Fe3+, Mg2+, Fe2+. (ve středech oktaedrů)
T = Si, Al, Fe3+, ... (ve středech tetraedrů)
A = OH–, F–, ...
Biotit
•KMg3[AlSi3]O10(OH)2 : flogopit
•KFe3[AlSi3]O10(OH)2 : annit
•K[Mg2Al][Al2Si2]O10(OH)2 : eastonit
•NaMg3[AlSi3]O10(OH)2 : Na-flogopit
Muskovit
•KAl2[AlSi3]O10(OH)2 : muskovit
•NaAl2[AlSi3]O10(OH)2 : paragonit
•CaAl2[Al2Si2]O10(OH)2 : margarit
•K[MgAl][Si4]O10(OH)2 : Mg-Al-celadonit
•K[FeAl][Si4]O10(OH)2 : Fe-Al-celadonit
Koncové členy muskovitu a biotitu
• SiO4 tetrahedry jsou spojeny do vrstev [Si2O5] a kyslík v
jednom z vrcholů je volný pro spojení s dalším kationtem
6
2
2,4
2,8
3,2
3,6
4
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Fe /(Fe +Mg)
Tetrahedralaluminium
AnnitePhlogopite
Eastonite Siderophyllite
Biotit Muskovit a paragonit
• muskovit a biotit se objevují v metamorfovaných pelitech, psamitech a kyselých magmatických
horninách od facie zelených břidlic po facii amfibolitovou (muskovit) a granulitovou (biotit)
• paragonit se někdy vyskytují v nízce a středně metamorfovaných metapelitech nebo
metabazitech a stejně jako muskovit je stabilní jen do amfibolitové facie
• biotit je hojný v mesozonálně metamorfovaných horninách, jako jsou pararuly, amfibolity a
svory. Vyskytuje se i v některých skarnech a greisenech.
• flogopit je typický pro
regionálně i kontaktně
metamorfované vápence
• jemnozrnný muskovit
vzniká hydrotermálně
přeměnou silikátů, nejčastěji
živců
• pro metamorfní petrologii
je důležitá tschermakitová
substituce (MgSiAl-2) v
muskovitech která indikuje
růst tlaku (fengit)
Skupina chloritů
• složení lze zjednodušeně vyjádřit obecným vzorcem:
• (Mg6–xAlx)(Si4–xAlx)O10(OH,O)8
kde x nabývá hodnot od cca 0,6 do cca 1,6
• Mg2+ je často částečně nahrazeno Fe2+ případně jiným dvojmocným kationtem,
• Al3+ může nahradit Fe3+ případně jiný trojmocný kationt.
• struktura chloritů je založena na trojvrstevních komplexech, s nimiž se pravidelně střídají
oktaedrové vrstvy tvořené dvojmocnými kationty a hydroxylovými skupinami (tzv. brucitové
vrstvy)
• chlority patří k významným horninotvorných minerálům
metamorfovaných hornin nízkého až středního stupně
(facie zelených břidlic, zejména metabazity a metapelity)
• jsou sekundárními produkty hydratace primárních Mg-Fe
silikátů, nejčastěji biotitu, pyroxenů, amfibolů, granátů či
skel
• chloritizace může být způsobena:
(1) autometamorfózou, tj. působením plynů a roztoků v
chladnoucím magmatu na již vykrystalizované minerály;
např. spilitizace bazaltů,
(2) působením hydrotermálních roztoků
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
5,00 5,50 6,00 6,50 7,00
Si atoms per formula unit
Fe/Fe+Mg
1
2
3
4
5
ripidolite pycnochlorite diabanite
sheridanite clinochlore penine
• nejdůležitější jsou:
• klinochlor
• (Mg,Fe)5Al(Si,Al)4O10(OH)8
• mon.
• chamosit
• (Fe2+,Mg,Fe3+)5Al(Si,Al)4O10(OH,O)8
• mon.
Minerály serpentinové skupiny
•• MgMg33 [Si[Si22OO55] (OH)] (OH)44
• Lizardit: nejčastější je trigonální polytyp (může být také hexagnální), dokonale štěpný podle
{001}, Tvoří celistvé, jemnozrnné agregáty, méně často je hrubozrnný nebo vytváří drobné
šupinky.
• Antigorit: monoklinický. dokonale štěpný podle {001}, tvoří nejčastěji celistvé a jemnozrnné
agregáty, méně často destičkovité a šupinkovité.
• Chryzotil: nejčastěji monoklinický, charakteristické jsou paralelně vláknité agregáty tzv.
hadcový azbest.
• Výskyt: Všechny tři formy vznikají hydrotermálním rozkladem olivínu a Mg-pyroxenů při
přeměně peridotitů, dunitů a pyroxenitů na serpentinity (hadce), méně často obdobnými
pochody v mramorech a erlanech.
• Serpentinizace: 2 Mg2SiO4 + 3 H2O = Mg3Si2O5(OH)4 + Mg(OH)2
7
Skupina mastku – pyrofylitu
• skupina trojvrstvých fylosilikátů
• hlavní zástupci:
trioktaedrický člen: mastek - Mg3Si4O10(OH)2
trikl.
dioktaedrický člen: pyrofylit - Fe2Si4O10(OH)2
mon.
Vznik
Mastek vzniká hydrotermálním přínosem SiO2 do hornin bohatých Mg:
(1) přeměnou Mg-silikátů, např. olivínu, enstatitu, chloritu či tremolitu při metamorfóze
ultrabazických hornin (krupníky, mastkové břidlice, některé serpentinity),
(2) metasomaticky působením SiO2 bohatých roztoků na karbonátové horniny při kontaktní
i regionální metamorfóze (dolomitové vápence, dolomity, magnezity).
Pyrofylit vzniká jako produkt alterace živců hliníkem bohatých hornin v kyselém prostředí
při teplotě nad 300 °C
- při nižších teplotách vzniká ve stejném prostředí kaolinit, v alkalickém prostředí muskovit
nebo montmorillonit
- bývá přítomen v nízce metamorfovaných metapelitech
MINERÁLY SKUPINY Al2SiO5
• Do skupiny Al2SiO5 patří tři minerály
které se vyskytují v Al bohatých hornin:
Kyanit:
• trojklonný
• někdy obsahuje malé příměsi Fe.
• vyskytuje se v horninách
metamorfovaných za vysokých tlaků.
Kyanit
• kosočtverečný
• někdy příměsi Fe, Mg, Mn a
alkalických prvků
• vyskytuje se v kontaktních aureolách
Andalusit Sillimanit
• kosočtverečný
• někdy muže obsahovat malé
množství Fe a Ti
• vyskytuje se hlavně v Al bohatých
metapelitech metamorfovaných
v amfibolitové facii
– Význam pro petrologii
• Indikují PT podmínky
vzniku horniny. Ukazují že
v hornině je dostatek Al aby
zde mohli vznikat i jiné
hliníkem bohaté indexové
minerály.
Obr. Trojný bod minerálů Al2SiO5 se podle většiny autorů pohybuje kolem 4 kb a
500°C. Polovina atomů Al se vyskytuje v oktaedrické koordinaci s kyslíkem zatímco
druha polovina má koordinaci v jednotlivých modifikacích rozdílnou. U andalusitu je to
pětičetná, u kyanitu je oktaedrická a u sillimanitu je to tetraedrická koordinace
GRANÁTY
• Minerály této skupiny mají obecný vzorec A3
2+B2
3+[SiO4]3.
• Pozici A obsazují dvojmocné kationty jako Mg, Fe2+, Mn, Ca
• Pozici B trojmocné kationty jako Al, Fe3+, Cr, V.
• Křemík může být v malém množství nahrazen Al.
• Granáty jsou krychlové minerály bez štěpnosti.
8
GRANÁTY
• Minerály této skupiny mají obecný vzorec A3
2+B2
3+[SiO4]3.
• Pozici A obsazují dvojmocné kationty jako Mg, Fe2+, Mn, Ca
• Pozici B trojmocné kationty jako Al, Fe3+, Cr, V.
• Křemík může být v malém množství nahrazen Al.
• Granáty jsou krychlové minerály bez štěpnosti.
• Skupinu granátů tvoří několik krajních členů
mezi nimiž je velmi dobrá mísivost.
• Přírodní granáty proto obsahují vždy několik
komponent :
• Pyrop Mg3Al2(SiO4)3
• Almandin Fe3Al2(SiO4)3
• Spessartin Mn3Al2(SiO4) 3
• Grosulár Ca3Al2(SiO4) 3
• Andradit Ca3Fe2(SiO4) 3
• Uvarovit Ca3Cr2(SiO4) 3
modrémodré == SiSi,, fialovéfialové = A= A,, zelenézelené= B= B
část pozic křemíku může být vakantní, aby byla zachována valenční rovnováha je v takové
případě část atomů kyslíku nahrazena OH- skupinami (Hydrogranáty)
• Neomezená izomorfie existuje ve skupině pyrop-almandin-spessartin a ve skupině grosularandradit-uvarovit,
mezi oběma skupinami je mísivost pouze omezená.
• Pyrop → kimberlity, peridotity případně serpentinity.
• Almandin → rul a svorů.
• Spessartin → granity a pegmatity nebo v metamorfitech bohatých na Mn.
• Grosulár → kontaktně a regionálně metamorfované vápenato-silikátové horniny.
• Andradit → železem bohaté kontaktně i regionálně metamorfované skarny.
• Uvarovit → hadce, dolomity a metamorfované Cu rudách.
• Hibschit Ca3Al2(SiO4)2(OH)4 → je to nerozšířenějším minerálem ze skupina hydrogranátů je
znám z kontaktně metamorfovaných slínů.
• Využití granátu v petrologii
• A)Zonálnost granátu
• Dobrá mísivost jednotlivých granátových
komponent umožňuje vznik zonálních zrn.
Zonálnost může poskytnout informace o
procesech jimiž hornina při růstu granátu ale
i po skončení jeho růstu prošla.
• Zonálnost dělíme na:
• 1) Růstovou zonálnost - Vzniká při růstu
granátového zrna a odráží změny P-T podmínek
nebo změny v chemizmu v blízkém okolí granátu
• 2) Difúzní zonálnost - Vzniká v granátu až po
jeho vzniku díky difúzi. Procesy difúze se
výrazněji projevují na malých zrnech a na
zrnech z více metamorfovaných hornin (difúze
roste exponenciálně s rychlostí s níž klesá
teplota a proto se difúzní zonálnost výrazněji
projevuje u hornin vyššího stupně metamorfózy
než u hornin, které prošly jen metamorfózou
nižšího stupně.
• Zonálnost přírodních granátu je většinou
výsledkem kombinace růstové a difúzní
zonálnosti.
• 1) Mapa Ca-složky v automorfním
prográdně rostoucím granátu.
•2) Střední část zrna je tvořena Cabohatým
jádrem s četnými inkluzemi které
mají S-stavbu. Na toto jádro narůstá
mladší granát.
Granát –biotitový termometr např.
FERRY & SPEAR (1978)
B) Geotermometry a geobarometry GASP barometr
9
STAUROLIT
• monoklinický
• typický metamorfní minerál (hlavně metapelity)
• Fe2Al9Si4O22(OH)2
• Fe2+ je v tetraedrické koordinaci a může být nahrazováno Mg2+ a Zn2+.
• většina staurolitů má je bohatá Fe: Fe/(Fe+Mg+Zn) = 0,86 - 0,55
• Mg/(Fe+Mg+Zn) = 0,09 to 0,28
• Často se vyskytuje v malém množství Zn (až 0,7 apfu)
• devět kationtů Al3+ v oktaedrické pozici může být částečně nahrazeno Fe3+nebo Ti, Al3+
může být až z 20% substituován Fe3+ nebo Ti4+ ( až 0.32 apfu Ti)
• substituce Ti v oktaedrické pozici bývá doprovázena substitucí Al3+ za Si4+ v
tetraedrické pozici ► AlSi = TiAl
Reakce produkující staurolit:
• chloritoid + quartz = staurolite + garnet
• chloritoid + chlorite + muscovite = staurolite + biotite + quartz + water
• dehydratační reakce 400-500 °C
Reakce konzumující staurolit:
• staurolite + muscovite + quartz = almandine + aluminosilicate + biotite + water
• okolo 700 °C ► Mg staurolit je stabilní do vyšších teplot než Fe staurolit
Chloritoid
• (Fe,Mg)2Al4Si2O10(OH)4
• metapelity
Vznik chloritoidu (~ 400 °C): Fe-chlorit + pyrofylit = Fe-chloritoid + křemen + H2O
Reakce konzumující chloritoid (~ 500 °C): chloritoid + biotit = granát + chlorit,
Fe-chloritoid = Fe-staurolit + almandin + H2O a chloritoid = granát + chlorit + staurolit + H2O
The ternary diagram at left is a plot of the variation in
the Fe(2+), Mg and Mn contents of the Layer-1
octahedral sites. The shaded area illustrates the principle
compositional variations in CHLORITOID as compiled
by Fransolet (1978 - Bulletin Mineralogie v101, 548-557).
chloritotid bohatý železem a někdy také Mn je běžný v nízce metamorfovaných
metapelitech (fylity) a to v asociaci chlorit, fengit a světlá slída bohatá na
paragonitovou komponetou
ve svorech se chloritoid vyskytuje v asociaci St+Grt+Ms+Bt+Qtz
Cordierit
• (Mg,Fe)2Al3(AlSi5O18)
• rombický, pseudohexagonální
• štěpný podle {100}, odlučný podle {001}
• snadno mění v jemně šupinaté šedé nebo
zelenošedé agregáty muskovitu, biotitu nebo
chloritu – pinit
• vyskytuje se v metamorfitech bohatých Al:
v kontaktních rohovcích, plodových
břidlicích, v LP/HT regionálně
metamorfovaných horninách (ruly,
migmatity), v metasedimetech bohatých na
ortoamfiboly (cordierit-antofylitické skaliny)
Metapelity (LP/HT)
Vznik cordieritu
KMASH: flogopit + sillimanit = Mg-cordierit + muskovit
KMASH: flogopit + muskovit = Mg-cordierit + K-živec + H2O
KFMASH: biotit + sillimanit = granát + cordierit + H2O
PT mřížka pro metasedimenty bohaté
ortoalfibolem, Hudson a Hart (1992)
Skupina epidotu
• Sorosilikáty
• monoklinické
• epidot: Ca2(FeAl)Al2(SiO4)(Si2O7)O(OH)
• klinozoisit: Ca2Al3((SiO4)(Si2O7)O(OH))
• kosočtverečný
• zoisit: Ca2Al3((SiO4)(Si2O7)O(OH))
• Výskyt: metabazity, karbonátové horniny
10
• Lawsonit
• Sorosilikát
• CaAl2Si2O7(OH)2·(H2O)
• Výskyt: metabazity
• Pumpellit
• Sorosilikát
• Ca2(Mg,Fe)(Al, Fe)2(SiO4) (Si2O7)(OH)2·(H2O)
• Výskyt: metabazity
• Prehnit
• Sorosilikát
• Ca2Al2Si3O10(OH)2
• Výskyt: metabazity
Vesuvian
• Ca10 (Mg,Fe)2Al4(SiO4)5(Si2O7)2(OH)4
• Vzniká nejčastěji v erlanech na kontaktech intruzivních kyselých
hornin s karbonáty, spolu s grossulárem, diopsidem a
wollastonitem.
Olivín
– Hlavně v mafických a ultramafických horninách
– Fayalit v metamorfovaných železných rudách a v některých
alkalických granitoidech
– Forsterit ve metamorfovaných dolomitech
Monticellit CaMgSiO4
Ca → M2 (velký ion)
ve vysoce metamorfovaných
karbonátech s příměsí silikátů.
• KALCIT CaCO3, trigonální
• Obsahuje jen malé množství příměsí jako
je Mg, Fe, Mn méně často též Zn, Ba, Sr,
Pb.
• Štěpnost dokonalá podle klence (1011).
• Některé odrůdy svítí v UV světle.
• MAGNEZIT Mg CO3, trigonální
• Vždy obsahuje něco příměsí Mn, Ca či Fe.
• Vytváří samostatnou horninu. Nebo muže
být přítomen v dolomitických mramorech. Obr. Struktura kalcitu
DOLOMIT Ca Mg (CO3)2, trigonalní
Chemicky je to podvojný uhličitan ve kterém se poměr mezi atomi Ca a Mg
pohybuje kolem hodnoty 1:1.
Jako příměsi jsou časté Mn, Fe ve stopách pak Ba, Zn, Sr
UHLIČITANY
11
• SIDERIT FeCO3 trigonální
• Část Fe může být zastoupena Mn nebo Ca či Mg.
• ANKERIT Ca Fe(CO3)2 trigonální
• RODOCHROZIT MnCO3 trigonální
• Vždy má určitou přiměs Fe a často též Ca, Mg nebo Zn. Je součástí
metamorfovaných Mn rud.
Obr. Kalcit
A) Oxidy
1) Skupina spinelidů
• Skupina krychlových minerálů.
• Struktura: atomy kyslíku v krychlovém uspořádání s tetraedrickými a
oktaedrickými mezerami obsazovanými atomy kovů (Fe, Mg, Mn, Zn, Al, Cr).
• Obecný vzorec AB2O4, kde A představuje dvojmocný a B trojmocný nebo
čtyřmocný kov.
• Ve skupině spinelidů existuje mezi některými částečná nebo téměř úplná nebo
mísivost.
• Právě struktura spinelidů ovlivňuje některé fyzikální vlastnosti které jsou typické
pro celou tuto skupinu:
• 1) Optická izotropie.
• 2) Špatná nebo chybějící štěpnost.
• 3) Chemická a tepelná stálost.
• 4) Vysoká tvrdost.
Akcesorické minerály
• Spinel MgAl2O4: vyskytuje se hlavně v dolomitických vápencích (spolu s diopsidem a
forsteritem).
• Magnetit FeFe2O4: Může obsahovat řadu příměsí (Mg, Ti, Mn, Cr, V). Za vižších teplot
může magnetit pojmou vyžší obsahy Ti, jehož přebytek se pak při snížení teploty odmísí
jako lamely ilmenitu. Vyskytuje se ve skarnech a ultramafických horninách.
• Chromit (Fe, Mg) Cr2O4: Vyskytuje se především v ultrabazických horninách.
• Hercinit FeAl2O4:Vyskytuje se jako akcesorie v bazických horninách a v železem
bohatých metasedimentech.
• Ulvöspinel TiFe2O4
• Gahnit Zn Al2O4
• Franklinit ZnFe2O5
• Galaxit MnAl2O4
• Využití: magnetit-ilmenitový termometr
Skupina korundu
• Hexagonální minerály s podobnou strukturou
• Korund Al2O3 - akcesorie v Al bohatých metamorfitech
• Hematit Fe2O3 - součást metamorfovaných Fe-rud a jako akcesorie v bazických horninách
• Ilmenit FeTiO3 - akcesorie hlavně v bazických horninách a metapelitech. Fe je často
částečně zastupováno Mg, Mn
Skupina turmalínu
•Chemický vzorec X Y3 Z6 [ T6O18 ] [ BO3 ] 3 V3 W
•pozice X může být obsazena: Na+, K+, Ca2+; pozice Y : Li+,
Mg2+, Fe2+, Mn2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, V3+, Ti4+; pozice Z : Al3+,
Fe3+, Mg2+, V3+, Cr3+; pozice T : Si, Al, (B); pozice B : B,
( ); pozice V : OH, O; pozice W: OH, F, O
•Soustava: trigonální
•Cyklosilikáty s šestičetným kruhem
•Metapelity, metagranity
B) SILIKÁTY
• Zirkon Zr(SiO4) Titanit CaTi(O/SiO4)
C) Fosfáty
• Apatit
• hexagonální
• Ca5(PO4)3(F,OH,Cl)
Monazit, xenotim
12
D) Sulfidy
• Pyrhotin FeS
• Pyrit FeS2
• Pentlandit (Ni,Fe)9S8
• Chalkopyrit CuFeS2
Pyrit , chalkopyrite, sfalerite a galenit
•• AutomorfnAutomorfněě omezenomezenéé
–– ttitanititanit,, rutilrutil,, pyritpyrit, spinel, spinel
–– ggranranáátt,, sillimanitsillimanit,, staurolitstaurolit,, turmalturmalíínn
–– eepidotpidot,, magnetitmagnetit,, ilmenitilmenit
–– aandalusitndalusit,, pyroxenpyroxen,, amfibolamfibol
–– ssllíídada,, chloritchlorit,, dolomitdolomit,, kyanitkyanit
–– kalcitkalcit,, vesuvianvesuvian,, skapolitskapolit
–– žživecivec,, kkřřemenemen,, cordieritcordierit
•• XenomorfnXenomorfněě omezenomezenéé
Krystalizační síla
• Podle zvyšujícího metamorfního stupně rostou v hornině (indexový) minerály:
• chlorit – biotit – granát – staurolit – kyanit – sillimanit (střednětlaká met.)
• posloupnost minerálů pro nízkotlakou metamorfózu: biotit – cordierit – andalusit – sillimanit
Metamorfní zóny
• Vyčleňování metamorfních zón je
založeno na sledování výskytu
indexových minerálů v terénu.
• Spodní hranice metamorfní zóny je na
mapě znázorněna spojnicí bodů
prvního výskytu indexového minerálu.
• Svrchní hranice je omezena podobnou
čarou, která spojuje místa výskytu
následujícího indexového minerálu.
• Indexový minerál většinou přetrvává
do vyšších stupňů metamorfózy než je
jeho zóna.
• Linie které jednotlivé zóny oddělují
nazýváme izogrády.
Literatura
• Dudek, A. - Fediuk F. - Palivcová M. (1962): Petografické tabulky
• Hejtman, B. (1962): Petrografie metamorfovaných hornin
• Konopásek, J. – Štípská P. – Klápová H. – Schulmann K . (1998): Metamorfní petrologie
• Naprostá většina obrazového materiálu pochází z celé řady internetových stránek
věnujících se metamorfní petrologii