14. Metamorfóza a metamorfní facie Petrologie G3021 http://mountaincatgeology.files.wordpress.com/2009/12/facies.jpg 3. Metamorfóza a metamorfní facie •Osnova: •Metamorfní zóny, indexové minerály izogrády •Metamorfní facie •Geotektonická pozice metamorfózy • Diagnostické minerály •přítomnost těchto minerálů může indikovat: Ømetamorfní podmínky Øspecifické chemické složení •jejich použití v názvu horniny nám může rychle poskytnout důležitou informaci •například staurolitický svor dosáhl teplotních podmínek nejméně 550 °C • •termín metamorfní zóna byl zaveden Barrowem (1893) v metapelitech oblasti Dalradian ve Skotsku •podle zvyšujícího metamorfního stupně vstupují další (indexový) minerál: Ø chlorit – biotit – granát – staurolit – kyanit – sillimanit Ø střednětlaká metamorfóza •později byla zjištěna v oblasti Buchan ve Skotsku jiná posloupnost minerálů: Øbiotit – cordierit – andalusit – sillimanit Ønízkotlaká metamorfóza 1. Metamorfní zóny, indexové minerály izogrády •George Barrow (1893, 1912): Scottish Highlands, mapoval první výskyty porfyroblastů minerálů v metapelitech jako zóny: chlorit, biotit, granát, staurolit, kyanit, sillimanit. • •U. Grubenmann (1911) Die Kristallinen Schiefer: • epizona – mělké pohřbení, (zelené břidlice) • mesozona – střední hloubka pohřbení, (amfibolity) • katazona – hluboké pohřbení, (granulity) • •Cecil E. Tilley (1925): definoval zóny indexových minerálů jako izogrády (tedy linie o stejné teplotě) •Eskola (1915) odvodil koncept metamorfních facií (bazické horniny): Ømetamorfní facie zahrnuje horniny metamorfované za stejných podmínek Øhorniny se stejným chemickým složením metamorfované ve jedné met. facii obsahují stejné minerály Øpodmínkou je aby hornina byla v rovnováze s metamorfními podmínkami (retrográdní met.) 2. Metamorfní facie http://www.geologycafe.com/images/m20.jpg •On the basis of the relationship between rock composition and mineral assemblage, and the worldwide occurrence of virtually identical mineral assemblages, Eskola (1915) developed the concept of metamorphic facies: •At the time Grubenmann’s epizone, mesozone, and catazone were very broad and poorly defined and the isograd-zones were restricted to pelitic compositions, and were too narrow for easy correlation from one locality to another •Eskola’s facies were initially based on metamorphosed mafic rocks •Basaltic rocks occur in ~ all orogenic belts, and the mineral changes in them define broader T-P ranges than those in pelites, so facies provided a convenient way to compare metamorphic areas around the world Pentii Eskola (1914, 1915) horniny o podobném chemickém složení v okolí Osla a Orijärvi mají odlišné minerální asociace Reakce: 2 KMg3AlSi3O10(OH)2 + 6 KAl2AlSi3O10(OH)2 + 15 SiO2 Bi Mu Q = 3 Mg2Al4Si5O18 + 8 KAlSi3O8 + 8 H2O Crd Ksp Oslo: Ksp + Cord Orijärvi: Bi + Mu Bi Mu Q Co Ksp W P T Eskola (1920) : metamorfní facie na bazických horninách (5 základních) Greenschist, Amphibolite, Hornfels, Sanidinite, Eclogite Eskola (1939) : Granulite, Epidote-amphibolite, Glaucophane-schist, (Blueschist) •chlorit •biotit •granát •staurolit •kyanit •sillimanit Regional metamorphic map of the Scottish Highlands, showing the zones of minerals that develop with increasing metamorphic grade. From Gillen (1982) Metamorphic Geology. An Introduction to Tectonic and Metamorphic Processes. George Allen & Unwin. London. Fig 21-8 •Metamorfní zóny, •Termín metamorfní zóna byl zaveden Barrowem (1893) v metapelitech oblasti Dalradian ve Skotsku. Podle zvyšujícího metamorfního stupně vstupuje do horniny další (indexový) minerál •Granátová zóna: Svory až ruly obsahují porfyroblasty granátu v základní hmotě složené z biotitu, chlorit, muskovit, křemen a albit až oligoklas. •Biotitová zóna: ve fylitech se objevuje biotit který je v asociaci s chloritem, muskovitem, křemenem a albitem •Chloritová zóna: metamorfované břidlice se mění na fylity s chloritem, muskovitem, křemenem a albitem •Silimanitová zóna: Svory až ruly se silimanitem biotitem, muskovitem, křemenem, granátem a plagioklasem. Někdy může být přítomen staurolit a relikty kyanitu. •Kyanitová zóna: Svory až ruly s kyanitem, staurolitem, biotitem, muskovitem, křemenem, granátem a plagioklasem. •Staurolitová zóna: Svory až ruly se staurolitem, biotitem, muskovitem, křemenem, granátem a plagioklasem. Může být přítomen chlorit ale jen v malém množství. Metamorfní facie •Definice: Je to soubor metamorfních minerálních asociací, opakujících se v prostoru a čase tak, že existuje konstantní a proto předpověditelný vztah mezi mineralogickým složením, chemickým složením horniny a stupněm metamorfózy. •Metamorfní facie byly definovány na metabazitech. •Typy metamorfních facií: 1) zeolitová, 2) prehnit-pumpellyitová, 3) modrých břidlic – glaukofan, 4) eklogitová - granát + omfacit, 5) zelených břidlic - chlority, aktinolit, 6) epidot-amfibolitová, 7) amfibolitová, 8) granulitová - ortopyroxen • • tab_2_1 C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 25\Fig 25-2.jpg 1 2 3 I II I III II III II I III II 4 2 III 2 1 C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 25\Fig 25-9.jpg tab_2_2 D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\facie\metamorhphism_jpg_soubory\Facies_soubory\mfacies.gif Chemicky různé horniny se během metamorfózy chovají odlišně (pelity, mafické horniny) A:\Regional Metamorphism_soubory\califxsect.gif 3) Geotektonická pozice jednotlivých typů metamorfóz tab_2_3 Série metamorfních facií 1) Abukuma (Buchan) ünízký poměr P/T ü(Gre – A – G) üsérie andalusit-sillimanit 2) Sanbagawa üvysoký poměr P/T ü(Zeo –PP – Blue – Ecl) üsérie glaukofan-jadeit ü 3) Barrovienská üstřední poměr P/T ü(Gre – Epi A – A – G) üsérie kyanit-sillimanit ü Miyashiro (1961) různé sekvence metamorfních facií v různých tekt. prostředích: 1. Série kontaktních facií (nízké tlaky) Contact Facies Series 2. Série facií Abukuma nebo Buchan (nízké tlaky regionální) 3. Série facií Sanbagawa (vysoké-P, střední-T) 4. Série facií Franciská (vysoký-P, vysoká-T) 5. Série facií Barrovianská (střední-P regionální) D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\facie\metamorhphism_jpg_soubory\Facies_soubory\mfacies2.gif http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/faciesTectonics.jpg •1) Kontaktní metamorfóza •probíhá za velmi nízkých tlaků •je způsobena teplem magmatu na povrchu nebo těsně pod ním •nízký P/T (andalusit-sillimanit) •malý rozsah (závisí hlavně na velikosti magmatického tělesa) •časté projevy metasomatózy (kontaktní skarny). • • • C:\DOKUMENT\MFACIES3.GIF D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met8\fig2gs1001.jpg C:\David\Skola\met\met\Contact Metamorphism_files\contacttemp.gif C:\David\Skola\met\met\Contact Metamorphism_files\contactnh.gif sb) Vlastnosti okolních hornin ssložení shloubka a metamorfní gradient spermeabilita (vodivost hornin) Velikost a intenzitu kontaktní metamorfózy ovlivňují: sa) Vlastnosti plutonu svelikost ssložení steplota stvar MFACIES4.GIF 2) Nízkotlaká metamorfóza (typu Buchan) •probíhá za nízkých tlaků •přínos tepla to svrchní kůry •3) Metamorfóza typu Sambagwa MFACIES6.GIF A:\Regional Metamorphism_soubory\sanbagawa.gif •vyznačuje se párovým uspořádáním zón (nízkotlaký a vysokotlaký pás) •na jedné straně je zóna Ryoke-Abukuma charakterizovaná nízkým tlakem a vysokou teplotou •na druhé straně Sanbagawa zóna pro niž je charakteristická nízká teplota a vysoké tlaky http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/islandArc.jpg •Subdukce •teplota 600 oC je: 1.na straně subdukčního příkopu v hloubce 100 km 2.pod vulkanickým obloukem v hloubce kolem 20 km •metamorfóza vysokotlaká •vysoký P/T (glaukofan-jadeit) Fig 16-15 Fig 21-12 •Pás Sanbagawa •na straně k oceánu •hojné bazické horniny •většinou ve facii zeolitové až amfibolitové •časté modré břidlice •metapelity dosáhly jen granátové zóny •vysokotlaká a nízkoteplotní metamorfóza C:\David\Skola\met\met\Isograds and Facies - Lecture 21_files\Igmet21-8.jpg C:\David\Skola\met\met\Isograds and Facies - Lecture 21_files\Igmet21-7.jpg •Pás Ryoke •na straně ke kontinentu •vysoko až středně-teplotní a střední tlak metamorfóza •metapelity metamorfované až do sillimanitové zóny •hojné granitické intruze schematic_conv_margin.jpg 000A3928Alta HD B746699A: Ernst, 1976 •Model tektonické exhumace hornin na subdukční zóně •4) Franciská metamorfóza •jde o vysokotlakou metamorfózu typickou pro subdukční zóny • MFACIES7.GIF A:\Regional Metamorphism_soubory\fransican.gif A:\Regional Metamorphism_soubory\dalradian.gif •střednětlaká regionální metamorfóza •během kontinentální kolize MFACIES5.GIF 5) Barrovienská metamorfóza •Regionální - orogenní pásma • •MP/LT-HT barrovienská metamorfóza •Chl-Bt-Grt-St-Ky-Sill •série kyanit-sillimanit, střední poměr P/T •sed. břidlice Þ břidlice Þ fylit Þ svor Þ rula ØChloritová zóna: (chlorit, muskovit, křemen, albit) ØBiotitová zóna: (biotit, chlorit, muskovit, křemen, albit) ØGranátová zóna : (almandin, biotit, chlorit, muskovit, křemen, albit nebo oligoklas) ØStaurolitová zóna : (staurolit, biotit, muskovit, křemen, granát a plagioklas) ØKyanitová zóna. (kyanit, biotit, muskovit, křemen, plagioklas, granát a staurolit) ØSillimanitová zóna. (sillimanit, biotit, muskovit, křemen, plagioklas, granát a někdy staurolit) C:\David\Skola\met\met\Barrovian metamorphism_files\phasebarrov.gif C:\David\Skola\met\met\Barrovian metamorphism_files\gradechrt.gif C:\David\Skola\met\met\Barrovian metamorphism_files\phyl1-889.jpg C:\David\Skola\met\met\Barrovian metamorphism_files\gneis1-926.jpg C:\Book Stuff\Book Figures\Ch22\Fig 22-1b.jpg C:\David\Skola\met\met\Barrovian metamorphism_files\facieschrt.gif http://christian.nicollet.free.fr/page/CO/amphibolite.jpg Kontinentální kolize (Himaláje) http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/archetypeCollision.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met8\fig20ags1001.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met8\fig20bgs1001.jpg • D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met8\fig20cgs1001.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met8\fig20dgs1001.jpg http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/Yin&HarrisonTibet.jpg http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/plateauFm.jpg • http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/TibetTtz.jpg C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\platbndsmal.jpg faciesseries.gif (37804 bytes) C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\wilsncircl.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met8\fig5ags1001.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met8\fig4gs1001.jpg http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/faciesTectonics.jpg • D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met8\fig5bgs1001.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met8\fig20cgs1001.jpg http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/faciesTectonics.jpg 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