1 6. Metamorfóza a metamorfní facie Petrologie G3021 3. Metamorfóza a metamorfní facie Osnova: • Metamorfní zóny, indexové minerály izogrády • Metamorfní facie • Geotektonická pozice metamorfózy 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 Buchan ve Skotsku jiná posloupnost minerálů: biotit – cordierit – andalusit – sillimanit nízkotlaká metamorfóza 1. Metamorfní zóny, indexové minerály izogrády • 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.). 2. Metamorfní facie • 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) • 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. • 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 2 • 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. 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) 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 1 2 3 3 I II I III II III II I III II 4 2 III 2 1 Chemicky různé horniny se během metamorfózy chovají odlišně (pelity, mafické horniny) 4 3) Geotektonická pozice jednotlivých typů metamorfóz Série metamorfních facií 1) Abukuma (Buchan) nízký poměr P/T (Gre – A – G) série andalusit-sillimanit 2) Sanbagawa vysoký poměr P/T (Zeo –PP – Blue – Ecl) série glaukofan-jadeit 3) Barrovienská střední poměr P/T (Gre – Epi A – A – G) série kyanit-sillimanit 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) 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). 5 b) Vlastnosti okolních hornin složeni hloubka a metamorfní gradient permeabilita (vodivost hornin)) Velikost a intenzitu kontaktní metamorfózy ovlivňují: a) Vlastnosti plutonu velikost složení teplota tvar 2) Nízkotlaká metamorfóza (typu Buchan) • probíhá za nízkých tlaků • přínos tepla to svrchní kůry • 3) Metamorfóza typu Sambagwa • 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 6 Subdukce • teplota 600oC je na straně subdukčního příkopu v hloubce 100 km a pod vulkanickým obloukem v hloubce kolem 20 km • metamorfóza vysokotlaká • vysoký P/T (glaukofan-jadeit) • 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 • Pás Ryoke • na straně ke kontinentu • vysoko až středně-teplotní a nízký až střední tlak metamorfóza dominantní metapelity metamorfované až do sillimanitové zóny • hojné granitické intruze Ernst, 1976 • 4) Franciská metamorfóza • jde o vysokotlakou metamorfózu typickou pro subdukční zóny 7 • střednětlaká regionální metamorfóza • během kontinentální kolize 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 ⇒ 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) Kontinentální kolize (Himaláje) 8 9 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