6. Metamorfóza a metamorfní facie 3. Metamorfóza a metamorfní facie Osnova: • Metamorfní zóny, indexové minerály izogrady • Metamorfní facie • Geotektonická pozice metamorfózy 1. Metamor f ní zóny y indexové minerály izogrády Diagnostické minerály • přítomnost některých minerálů, jak v podstatném tak akcesorickém množství nám může indikovat určité metamorfní podmínky nebo specifické 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: > chlorit - biotit - granát - staurolit - kyanit - sillimanit > střednětlaká metamorfóza • později byla zjištěna v oblasti Buchán ve Skotsku jiná posloupnost minerálů: > biotit - cordierit - andalusit - sillimanit > nízkotlaká metamorfóza 2. Metamorfní facie • Eskola (1915) odvodil koncept metamorfních facií (bazické horniny): > 1) Metamorfní facie zahrnuje horniny, které byly metamorfovány za stejných podmínek. > 2) Jestliže horniny stejného chemického složení jsou tvořeny stejnými minerály, pak náleží jedné facii. > 3) Podmínkou je aby hornina byla v rovnováze s metamorfními podmínkami (retrográdní met.). • George Barrow (1893, 1912): Scottish Highlands, mapoval první výskyty porfyroblastu minerálů v metapelitech jako zóny: chlorite, biotite, garnet, staurolite, kyanite, sillimanite. • 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) Metamorfní zóny, Termín metamormí zóna byl zaveden Barrowem (1893) v metapelitech oblasti Dalradian ve Skotsku. Podle zvyšujícího metamormího stupně vstupuje do horniny další (indexový) minerál 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. (North-east Scotland only) chlorite • Chlorite zone. Pelitic rocks are slates or phyllites and typically contain chlorite, muscovite, quartz and albite • Biotite zone. Slates give way to phyllites and schists, with biotite, chlorite, muscovite, quartz, and albite • Garnet zone. Schists with conspicuous red almandine garnet, usually with biotite, chlorite, muscovite, quartz, and albite or oligoclase • Staurolite zone. Schists with staurolite, biotite, muscovite, quartz, garnet, and plagioclase. Some chlorite may persist • Kyanite zone. Schists with kyanite, biotite, muscovite, quartz, plagioclase, and usually garnet and staurolite • Sillimanite zone. Schists and gneisses with sillimanite, biotite, muscovite, quartz, plagioclase, garnet, and perhaps staurolite. Some kyanite may also be present (although kyanite and sillimanite are both polymorphs of Al2Si05) 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 Si02 Bi Mu Q = 3 Mg2Al4Si5018 + 8 KAlSi308 + 8 H20 Crd Ksp Oslo: Ksp + Cord Orijärvi: Bi + Mu Q T Eskola (1920) : metamorfní facie na bazických horninách (5 základních) Greenschist, Amphibolite, Hornfels, Sanidinite, Eclogite Eskola (1939) : Granulite, Epidote-amphibolite, Glaucophane-schist, (Blueschist) Metamorfní facie • Definice: Je to soubor metamormích 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: l)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 Facie Diagnostické minerály v matických horninách zeolitová zeolity prehnit-pumpellyitová prehnit + pumpellyit modrých břidlic glaukofan + lawsonit nebo epidot (+albit +/-chlorit) eklogitová granát + omfacit zelených břidlic chlorit + albit + epidot (nebo zoisit) +/- aktinolit epidotických amfibolitů plagioklas (albit-oligoklas) + hornblend + epidot +/- granát amfibolitová plagioklas (oligoklas- andezín) + hornblend +/- granát granulitová ortopyroxen (+ klinopyroxen + plagioklas +/- hornblend +/- granát 1.6 1.4 1.2 D_ i 0.8 83 0.6 - 0.4 - 0.2 - Granulite s* Amphibolite B ^Greenschist water-saturated granite solidus Zeolite y f e " HomblendeX pyroxene „ Ab-Ep Hornfels Hornfels Sanidinrte Hornfels %. ____________i_______________i______________i______v ~~-*-_____________i_____ 1 00 200 300 400 500 600 700 Temperature (°C) eoo 50 40 30 E .c E. O 20 10 900 1000 Metámorphic Grade Metamor p hic Facies Green s c h ist Transitional States Amphibolite Granulite Albite Plagioclase > Anl2 Epidote Actinolite Hornblende Augite Orthopyroxene Chlorite Garnet Biotite Quartz Phengrte Cummíngtonite Oligodase Andeslne ■ •4 Zone for associated metapelites Chlorite Zone Biotite Zone Garnet Zone Staurolite and Kyanite Zones Sillimanite-Muscovito Zone K-feldspar* Sillimanite Zone Cordierite-Garnet Zone pelity mafícké horniny nečisté dolomitické mramory biotitová zóna facie zelených břidlic mastek granátová zóna facie epidotických amfibolitů tremolit - aktinolit staurolitová zóna staurolit-kyanitová zóna amfibolitová facie sillimanitová zóna diopsid sillimanit - K-živcová zóna granulitová facie diopsid, forsterit Chemicky různé horniny se během metamorfózy chovají odlišně (pelity, mafícké horniny) Generalized Metamorphic Facies Boundaries (after Yardley, 1988) 16 (1.6) 14 (1.4) ^12(1.2) ĽL O ■—■10 (1.0) - ŕ 8 (0.8) - El 6 (0.6) _ Q_ 4 (0.4) _ 2 (0.2) KEY K= kyanite S = sillimanite A = andalusite Hfls = hornfels Pr/Purn = pre hn ite- p urnp el lyite AE= albite- epidote HEL= hornblende PX = pyroxene_____________ 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Temperature (°C) 3) Geotektonická pozice jednotlivých typů metamorfóz After Raymond (1995) Miyashiro (1961) různé sekvence metamorfních facií v různých tekt. prostředích: 1. Contact Facies Series (very low-P) 2. Buchán or Abukuma Facies Series (low-P regional) 3. Barrovian Facies Series (medium-P regional) 4. Sanbagawa Facies Series (high-P, moderate-T) i i i i i i i i 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Temperature (°C) After YardSey (1983) Série metamorfních facií S vysoký poměr P/T (Zeo -PP -Blue - Eel) - série glaukofan-jadeit Sanbagawa ^střední poměr P/T (Gre - Epi ^ A - A - G) - série kyanit- .Q sillimanit barrovienská - >^nízký poměr P/T - (Gre — A — G) - série andalusit-sillimanit Abukuma (Buchán) 20 I I I g I I 1 1 1 18 sP m tr m ,<& M 16 lit m — Q) M ^jĚtjP'— C" ĚW ;;íř:;l^*y 14 12 M ' W' ? ^ 10 8 (tr m •••■•■"■■'••^■'-•^m^F^ - * i ď Jr - -9 š , jdr\ Á S mm ~ m m ^ 1mm^^ - — ^^H^^_'*>^^^l]mBt&r ^Lmw "s»-/-,.^.vJflfil ^B InljflHr ^B&i^žfe.l tom 6 4 i i i 2 7 *f /T*\á pi-: °( W i ^^i: r i i T, , - ) 200 400 600 800 1000 VC Intermediate hornfels Lo\v grade he ľ nfels Unmetamorphosed sp.rllmenr Kontaktní metamorfóza Pluton \ i Muscovite darnet s *• ,. V Chlorite \ Biotite Staurolite Sliiimanife- A U nmetamorp hosed sediment Hornfels P Nízky P/T (andalusit-sillimanit) 1) Malý rozsah (závisí hlavně na velikosti magmatického tělesa) 2) Časté projevy metasomatózy (kontaktní skarny). Clay Brick Pottery Porce lein Velikost a intenzitu kontaktní metamorfózy ovlivňují: 1) Vlastnosti plutonu velikost složení teplota tvar o Li E rniTTTľľ Contact Aureole Onawa Pluton, Maine .................. Contact ^-- Isůgrad [23 Oranůdiflřile pyv] Pw hůmfels faaes I ; I Hb hornfris tacies I II Slate ^rFMfenokSlftféli/Ubont, 7960J ■^—Dike-> ■+- 0 yr ----- 1590 yr 1000- ■-----4000 yr aoo- L__ 10,300 yr y 15,000 600- ŕ^ 31,700 yr 400- /jý 200- i i i i 1000 500 0 500 1000 Distance ^meters) 2) Vlastnosti okolních hornin složeni hloubka a metamorfhí gradient permeabilita (vodivost hornin) í Facies Series: Low Pressure, High Temperature CONTACT METAMORPH I SM ^ 16 (1.6) 14 (1.4) ,-,12(1.2) C3 - 10 (1.0) £ 8(0.8) (n tn E 6(0.6) Q. 4 (0.4) 2(0.2) -■ nt geotherma nt: >80°C/km Zeolite \ lornblende Pyroxene AJbite-Epidate Hornfels Homfels Hornfe Sanidinite- -1 o T^L Q. Q. < 1) Kontaktní metamorfóza probíhá za velmi nízkych tlaků a je způsobena teplem magmatu na povrchu nebo těsně pod ním. N- 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Temperature ("C) After YardSey (1989) 2) Metamorfóza typu Buchán j e nízkotlaká metamorfóza. Facies Series: Low Pressure, Andalus ite—S ill im anite type BUCHÁN FACIES SERIES N- 100 200 300 400 500 600 700 Temperature (°C) After Y^dSey (1989) 800 900 1000 Subdukce ^ i Crunch Teplota 600°C je na straně subdukčního příkopu v hloubce 100 km a pod vulkanickým obloukem v hloubce kolem 20 km 100 o 200 Volcanic Front A Secondary chain A 200°C Metamorfóza vysokotlaká • Vysoký P/T (glaukofan-jadeit) • Ryoke Belt (na straně ke kontinentu) • Dominantní metapelity metamorfované až do sillimanitové zóny. • Vysoko až středně-teplotní a nízkotlaká met. (HPMT) • Hojné granitické intruze. Asia j í^5 Jß Japan >\ Noníi America^ 5*> X Australia \ Pacific Qceun r South .-^C America CT n^ Ne* a'-' ZohIjikI '/' — High ■ŕ rnctiunwphic belt /* meiumorptiie beli V Sanbagawa Belt (na strane k oceánu) Hojné bazické horniny metamorfované ve facii zeolitové až amfibolitové, časté blueschists (glaukofan), Metapelity dosáhly jen granátové zóny. Vysokotlaká nízkoteplotní met. (HPLT) í Facies Series: High Pressure, Moderate Temperature SANBAGAWA FACIES SERIES Apparent geothermal gradient: < 10-20°C/krn 2 (0.2) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Temperature (°C) After Yartíle/(1989) Vyznačuje se párovým uspořádáním zón. 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. 4) Metamorfóza typu Sambagwa je známa ze subdukčních zón. AferMiMírwrWTW« r Facies Series: High P res sure .Very Low Temp (Jadeite-glaucophane) FRANCISCAN FACIES SERIES Conditicns^ 16 (1.6) -f-natfound' in n^ure en gj 6 (0 .6) _ ĽL 4(0.4) -^ 2 (0.2) - 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Temperature (°C) Alter Yartííe/ (1989) 5) Františka metamorfóza j de o vysokotlakou metamorfózu typickou pro subdukční zóny jreka San Francisco Rocks of Continental block, (including Great Valley Sequence) Franciscan Metagraywackes Facies Zones Zeolite Facies Prehnite-Pumpellyite Facies BluesdiBt Facies Tectonic Blocks in Franciscan Blueschists, Eclogites, Amphibole Schists & Gneisses Salinisn Block Contact Steeply dipping Fault , , , - Thrust Fault Santa Barbara Kontinentální kolize (Himaláje) The Archetypal Continental Collision: India-Asia k a plate boundaries, fkuJts, mantle earthquakes, s//p rates, warm mantle íířjff^r.« /ŠflM/-jtUJ'H/. i-ííí? 140° Fig 20a India has collided wiih Asia Fig 20b Collision has pushed up (he Himalayas and Tibei Tien Shan Mountains - . '-.I I I ■ í . " . . mají r - ■■■"■ I , ^ hnin .1 ... |-L-_ iici^ii riiii L-lir TIitd- E-H-Lb ■*—i-r +1 »Nil ■1-h-r, jŕt'M H nt. tmí»t I lHhVtäll U minia van Shit|i "nln>-ť .ii/ľ-Ajiido lil í! I-I KVNtfltl MBT MCT SI Itti \ <,{ri CJ .iiiimI»-Ii N.i-iii Kuními liii isl svHteni / Hen Corridor ktmjim faull /QaidHm N"ii Sh»ti limul bell o—-"Tortám Stim— -----Hrrfm-------------- Mnut HinmlavH IhľiiFl Siin^i»fiii-(iiinzi K uniím flysťh ťomple\ ľate Cermzoic magniiilism in north Tibet Oiaiif tanu biu« srhisl-tM-Hrnip i\terisionaJ core tomato ť~ Tibet k India Asia o 500 Yin & Hanison (2000) -0 crustal stacking O pW 70 0 m.y. after collision 20 40 60 L I (I&Pichonetal} 1997) 0 T°C 1000 8 P 1500 r Facies Series: Med Pnessune, High Temp KyanitE —Sillirnanite type BARROVIAN FACIES SERIES 'Conditions ' břidlice =^> fylit =^> svor =^> rula > Chloritová zóna: (chlorit, muskovit, křemen, albit) > Biotitová zóna: (biotit, chlorit, muskovit, křemen, albit) > Granátová zóna : (almandin, biotit, chlorit, muskovit, křemen, albit nebo oligoklas) Staurolitová zóna : (staurolit, biotit, muskovit, křemen, granát a plagioklas) > Kyanitová zóna. (kyanit, biotit, muskovit, křemen, plagioklas, granát a staurolit) Sillimanitová zóna. (sillimanit, biotit, muskovit, křemen, plagioklas, granát a někdy staurolit) PARENT Shah LOW GRADE Grmentchisi Facies Slate Pfmiin— Chlorite Muscovite Piotlte INTERMEDIATE GRADE j HIGH GRADE j Amphiboliiz Fďcfťjj Granulit* fjťf<* ■ M j g juj -Schist —t- GNEiSS- Quartz/FeUspar j ^-h — U--- OárťHSt ++ ^täurdjtj feya^jg Sillirtiahíte *i PARENT LOW GRADE Greentchrät Faciei INTERMEDIATE GRADE Amphibůlite Facŕŕj HIGH GRADE Mafic Igneous Rock — 4- GREEfdSCHIST Chlorite ÄMPHIBOLITE Granulite 3.7 1 1ÄB5 j Epfdfltg *— ŕfcAi Amphibolŕ Al Garnet Fyroxerte Ttmp-t r*tu n In Ctntl-nrt-d* %' ď^"^. TIME 1 A hot-spot volcano erupts lava. Rivers transport sediment to the sea. Lava erodes, producing sediment. Subduction consumes oceanic plate. Sediment is deposited in a passive margin IT *> r . ■ i i ' i - b i i ■ i Rising magma brings material up from mantle. Lithospheric mantle Plume brings up deep-mantle rock. Asthenosphere Ki ■ .Vi®-':-. :▼''' ľ ^^^T7^"f; T^ At point C, temperature = 600. pressure = 7.000 aim (amphibolite conditions} 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 T(°C) TIME 2 A coNisional mountain belt forms. Pluton ----r .71 subduction zones v / continental rifts cratons '$ 30 -20 / ■'$ smatic arcs 10 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 T f Q G-P LAWBD MotřTTAJN ■i1 V-7 H -p -4 ^ -p >4 V-ů