G4021 Magmatická a metamorfní petrologie 2. Metamorfóza bazických hornin •1. Celkové chemické složení horniny (zjednodušené) •- kvarcity SiO2 •- křemen-živcové horniny SiO2-Al2O3-K2O-Na2O-CaO-H2O •- metapelity SiO2-Al2O3-K2O-MgO-FeO-H2O •- metabazity SiO2-Al2O3-Na2O-MgO-FeO-H2O •- 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 • •Jiné chemické systémy (méně časté) •- cordierit-antofylitové horniny SiO2-Al2O3-MgO-FeO-H2O •- železná formace SiO2-FeO-Fe2O3-H2O •- manganolity, smirky • •Jiná označení chemických systémů: •- křemen-živcové horniny NASH, CASH a CKNASH •- metapelity KMASH, KFASH a KFMASH •- ultramafity MS-H2O-CO2, CMS-H2O-CO2 D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\M2\faciesSimple.jpg pokles obsahu H2O Metamorfóza bazických hornin D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met7\Pet21-99MetMafic2\img005.jpg protolit: intermediární až bazické vyvřelé horniny → metabazity 1)bazalty - oceánická kůra (MORB) více MgO, FeO a CaO vs. andezity 2)andezity – ostrovní oblouky, kontinentální okraje pacifického typu, více SiO2, Al2O3 a alkálií Systémy: CNFMASH, NASH, CASH, CNASH Diagramy: ACF, AFM, ACFM tab_6_1 •Mafické horniny jsou vhodnější pro studium metamorfózy za velmi nízkých a nízkých stupňů a dále za vysokých stupňů (hlavně HP). Během středního stupně probíhá řada kontinuálních reakcí v širokém poli PT podmínek, je zde stabilní asociace amfibol + plagioklas, a metabazity jsou mnohem méně citlivé na progresivní změny než metapelity. • •Mineralogie metabazitů •primární - olivín, pyroxen, plagioklas, amfibol (většinou bezvodé minerály) •metamorfní – zeolity, prehnit, pumpellyit, chlorit, epidot, aktinolit, amfiboly, plagioklasy, klinopyroxen, granát, ortopyroxen, glaukofan, lawsonit, jadeit, biotit (Ti-HT) • • obr_6_1 D:\disertace\NovCD\Staz\eklogit.jpg D:\disertace\NovCD\Staz\metabazit2.jpg D:\disertace\NovCD\Staz\lava4.jpg D:\disertace\NovCD\Staz\amfibolit2.jpg Metamorfóza metabazitů 1) Bazalt: Pl (labradorit, bytownit) + Px (augit) + olivín + amfibol + biotit 2) Zelená břídlice: (aktinolit + albit + epidot + chlorit + křemen + titanit + karbonáty 3) Amfibolit: amfibol + plagioklas (oligoklas – andesin) + biotit + pyroxeny + granáty + titanit 4) Eklogit: Px (omfacit) + Grt (pyrop) + Ky + Pl C:\David\Skola\met\met\Barrovian metamorphism_files\facieschrt.gif C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 26\Fig 26-19.jpg •Význam fluid při metamorfóze metabazitů (hydratace hornin) •ve srovnání s metapelity (hlavní fluidní fází H2O), bývá v metabazitech často větší množství CO2. •většina primárních minerálů je bezvodých – stabilních za HT (pyroxen, olivín, plagioklas), proto při nedostatku H2O nemusí k metamorfóze vůbec dojít •při pohřbení do prostředí, kde jsou „mokré“ metasedimenty, dochází k hydratačním (retrográdním) reakcím •prostupnost horniny pro fluida určuje rozsah retrográdní přeměny (porézní tufy vs. masivní žíly) a přispívá k ní deformace •k hydrataci dochází také při metamorfóze oceánského dna (+ hydrotermální fluida) •při hydratačních reakcích dochází k uvolňování tepla (exotermní reakce), proto dojde-li k nastartování reakcí, probíhají dokud trvají příznivé metamorfní podmínky a dokud se nevyčerpá všechna H2O •nepravidelné rozmístění H2O v hornině vede k tomu, že se často v metabazitech vyskytují nerovnovážné asociace (asociace nepřeměněné spolu s různými generacemi nízkých metamorfních stupňů) •relikty vyvřelých minerálů a mikrostruktur v hornině jsou zachované většinou v nízkých stupních, do vyšších stupňů v hrubozrnných gabroidních horninách (bez deformace). •zvýšená aktivita CO2 vede ke vzniku karbonátů, a to ovlivňuje aktivitu Ca v hornině • D:\disertace\NovCD\Staz\gabro.jpg D:\disertace\NovCD\Staz\lava4.jpg D:\disertace\NovCD\Staz\metabazit2.jpg D:\disertace\NovCD\Staz\metabazit1.jpg Gabro Bazalt Zelená břidlice tab_6_2 •1 Zeolitová facie • •typická asociace: zeolit + křemen (NASH, CASH) •typické minerály: •analcim, laumontit, stilbit, heulandit, wairakit (zeolity), albit (výše: prehnit, pumpellyit) • • •důležité reakce (se stoupající T): NASH: analcim + křemen = albit + H2O 200°C, horní hranice diageneze NASH: analcim = jadeit + H2O P > 5kbar CASH: stilbit = laumontit + křemen + H2O ≤ 200°C CASH: laumontit = lawsonit + H2O 200-250°C, P > 3kbar CASHCO2: laumontit + kalcit = prehnit + křemen + H2O + CO2 ca 3kbar/300-400°C D:\Zal\Zal\PDF2\b8Html\PETROLOGYmet\met8\meurastuksenaho_fig32c.jpg D:\Zal\Zal\PDF2\b8Html\PETROLOGYmet\met8\meurastuksenaho_fig32e.jpg D:\Zal\Zal\PDF2\b8Html\PETROLOGYmet\met8\prehnite.jpg •2. Prehnit-pumpellyitová facie •typické minerály: •prehnit, pumpellyit, aktinolit, chlorit, albit kalcit, muskovit, lawsonit, stilpnomelan •důležitá je přítomnost CO2: při jeho vyšší aktivitě vznikají Ca-karbonáty a minerály zeolitové facie ani facie prehnit-pumpellyitové nevznikají •typické reakce: CASH: prehnit = zoisit + grossular + křemen + H2O (terminální reakce) C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 25\Fig 25-5.jpg •3. Facie zelených břidlic •typické minerály: chlorit, aktinolit, epidot, albit, křemen, titanit, kalcit •v metapelitech odpovídá tato facie chloritové, biotitové a někdy i granátové zóně •typické reakce: •CFMASH: chlorit + klinozoisit + křemen = aktinolit (amfibol) + kyanit + H2O > 5-6kbar D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met7\Pet21-99MetMafic2\img006.jpg photomicrograph photomicrograph Metagabro: primární min. (Px+Pl) zatlačují aktinolit+chlorit+albit D:\prace\ob\zeles5.jpg Ep Ab Act Qtz D:\prace\ob\bys2.jpg Facie zelených břidlic •4. Amfibolitová facie a facie epidotických amfibolitů •typické minerály: •amfibol, plagioklas a někdy epidot, granát, biotit, diopsid, kalcit, Ilm, Ttn •přechod facie zelených břidlic a amfibolitové facie (kolem 500 °C pro 5 kbar) •složité minerální asociace: chlorit + aktinolit + epidot + albit a křemen ± muskovit ± titanit ± epidot ± karbonát (clc, dol, ank) •nahrazeny jednoduchou: amfibol + plagioklas ± Qtz±Ilm •důležité reakce: •CASH: klinozoisit (Ep) + chlorit + křemen = tscherm. Hb + anortit + H2O • •Při progresivní metamorfóze během amfibolitové facie •1) zvyšuje bazicita plagioklasu - objevuje se oligoklasu (skokem od An3 do An18 – peristerite gap), oligoklasová izográda má značný význam v zónografii •2) z aktinolitu vzniká obecný amfibol (+ Al, alkálie, Ti – zelený tscherm. či pargasitic. Hb) •3) u chloritu se zvyšuje XMg nebo zcela mizí (pak tscherm. složka v Hb) a snižuje se množství epidotu (Ca do Pl) - postupně dochází k vymizení chloritu (cca 550°C) a epidotu (cca 600°C) •4) Za vyšších teplot se objevují klinopyroxen (cca 650°C) – hranice svrchní A facie (kontinuální reakce – nelze definovat izográdu v terénu) a granát (pozor na relikty pyroxenů popř. granátů z původní horniny) • 5Sb7 Amfibolit Amp+Pl+Qtz+Ttn D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\Amphibolite_soubory\33-Amphibolite_01.jpg Metabazit metamorfovaný v amfibolitové facii D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\Epidote Amphibolite_soubory\mr-11-1-48.jpg Epidotický amfibolit Amp+Pl+Ep+Qtz D:\prace\PK\obrpol\Pol1\p38.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met7\Pet21-99MetMafic2\img007.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\met7\Pet21-99MetMafic2\img008.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\horniny\36o.jpg Amfibolit Amp+Pl+Grt+Qtz Amfibolit Amp+Pl+Ep+Chl+Qtz C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 26\Fig 26-19.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\facie\metamorhphism_jpg_soubory\Facies_soubory\mfacies.gif D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\Garnet-Amphibolite_soubory\31-Garnet-Amphibolite_01.jpg Granátický amfibolit C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 25\Fig 25-9.jpg •6. Facie modrých břidlic •teplotně odpovídá zhruba facii zelených břidlic, ale za vyšších tlaků •typické minerály: •alkalické amfiboly (glaukofan, riebekit, crossit) – modré/fialové pleo., lawsonit, chlorit, granát, paragonit, fengitický muskovit, mastek, omfacit, kyanit, kalcit/aragonit (HP), rutil •subdukční zóny • Typické reakce: •přechod z prehnit-pumpellyitové facie •CASH-CO2: prehnit + kalcit = lawsonit + zoisit + H2O + CO2 •NMFASH: albit + chlorit = glaukofan + H2O • přechod z facie zelených břidlic •CNMFASH: aktinolit + chlorit + albit = glaukofan + zoisit + křemen + H2O •CNMFASH: aktinolit + chlorit + albit + křemen = glaukofan + lawsonit + H2O •přechod do eklogitové facie •CNMFASH: albit + epidot + glaukofan = omfacit + paragonit + ob. amfibol + H2O •CNMFASH: zoisit + glaukofan = granát + omfacit + paragonit + křemen + H2O •přechod z nižších tlaků do modrých břidlic a eklogitová facie: •NAS: albit = jadeit + křemen •horní tlakový limit: •NASH: paragonit = jadeit + kyanit + H2O GLAUCOPHANE splendor_l_col_1.jpg - 77880 Bytes splendor_s_bw1.gif - 6837 Bytes splendor_s_bw10.gif - 2763 Bytes Horniny metamorfované za vysokých tlaků: modrá a bílá břidlice C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 26\Fig 26-19.jpg •5. Granulitová facie (asi od 650-850 °C) •typické minerály: pyroxeny - ortopyroxen + klinopyroxen, plagioklas, granát , hercynit, skapolit, hnědý amfibol (HT) • •typické reakce (vznikají mafické granulity): •CMSH: tremolit = klinopyroxen + ortopyroxen + SiO2 + H2O •CMASH: tschermakit amf. = klinopyroxen + ortopyroxen + An komponenta + H2O •CMASH: tremolit + grosular = klinopyroxen + ortopyroxen + An komponenta + H2O • •reakce oddělující pyroxenické granulity (pod 5-7 kbar) od výšetlakých granátických granulitů a eklogitů: •CMAS: Opx (En) + Pl (An) = Cpx (Di) + Grt (Prp) + Qtz • •typy granulitů podle výše tlaku: •LP: plagioklas + klinopyroxen + ortopyroxen (HT – intruze bazických magmat) •MP: granát + plagioklas + klinopyroxen + ortopyroxen + amfibol (hnědý) •HP: klinopyroxen + granát + křemen, někdy plagioklas • •7. Eklogitová facie •typická asociace: granát + omfacit (nepřítomnost plagioklasu), křemen (coesit), kyanit, rutil, paragonit, fengitický muskovit, amfibol, zoisit, karbonát •typické horniny: eklogity, mafické, s vysokou hustotou > 3,3 gcm-3 • •Typické reakce: •hranice granulitové a eklogitové facie: •CNFMAS: ortopyroxen + plagioklas = granát + klinopyroxen + křemen •NAS: albit = jadeit + křemen •CAS: anortit = grosular + kyanit + křemen •Grosular a jadeit se ve skutečnosti vyskytují pouze jako součást pevných roztoků granátu resp. pyroxenu. •omfacit = klinopyroxen složený ze složek jadeitu - NaAl, akmitu – NaFe3+ - diopsidu a hedenbergitu – Ca (Mg, Fe) •paragonit = jadeit + kyanit • •kontinuální reakce uvnitř eklogitové facie: •CMAS: grosular + pyrop + křemen = diopsid + kyanit (vysokotlaké eklogity) •CMAS: grosular + ortopyroxen = diopsid + pyrop •CMASH: zoisit + pyrop + křemen = kyanit + diopsid + H2O D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\e2-eclogite_soubory\e2-eclogite.jpg Eklogit D:\Zal\Zal\PDF2\b8Html\PETROLOGYmet\petmet\eclogite1_X_files\eclogite1.X.jpg •Typy eklogitů: •podle vzniku: •metamorfní eklogity vznikající HP metamorfózou v orogenních pásmech v zemské kůře •magmatické eklogity (granátické pyroxenity) vznikající krystalizací z taveniny v plášti •podle složení granátu: •eklogity spjaté s kimberlity, dunity a peridotity (plášťové) s obsahem pyropové složky > 55 mol.% (často magmatické) •eklogity z terénů metamorfovaných ve středním a vysokém stupni a granátem s 30-55 mol.% pyropu •eklogity spjaté s glaukofanovými (modrými) břidlicemi s granátem < 30 mol.% pyropu •podle teploty vzniku: •LT eklogity: úzký vztah k subdukci, vznikají z modrých břidlic, obsahují minerály s H2O •MT eklogity: vznikají při kontinentální kolizi z amfibolitů •HT eklogity: vznikají v hlubších částech zemské kůry nebo v plášti přímo z magmatu, nezbytný je silný přínos tepla, typicky bezvodé minerály