G4021 Magmatická a metamorfní petrologie 4. Metamorfóza hornin bohatých Mg a Ca •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 Metamorfóza ultramafických hornin •· hlavní horninový typ zemského pláště •· složeny hlavně z Mg-silikátů, světlé součástky < 10 % •· geochemicky – utrabazické horniny (SiO2 < 45 hm %) • •primární minerály - olivín bohatý Mg (Fo 88-95), ortopyroxen (enstatit), klinopyroxen (Cr-diopsid), chromit (akcesorie), granát (pyrop 60-75 mol.%), spinel, plagioklas – různé podmínky tab_7_1 sekundární minerály: minerály skupiny serpentinu (chryzotil, antigorit, lizardit, aj.) - nahrazují olivín nebo ortopyroxen (bastit), amfiboly (tremolit), mastek, magnezit, Mg-chlority, Mg-biotit, ilmenit, magnetit. kelyfitické textury – radiálně paprsčité lemy (Hb, Opx, Sp) okolo granátu •Nejčastější alterace: •Olivín + ortopyroxen → serpentin + Fe oxidy + mastek + brucit •Klinopyroxen → amfibol + hydratované Ca-Al silikáty + chlorit •Plagioklas → Ca-Al silikáty + jílové minerály + kalcit • • • •Opx: (Mg,Fe)2 Si2O6 •Cpx: CaMg Si2O6 •Ol: (Mg,Fe)2 SiO4 D:\Zal\Zal\PDF2\b8Html\PETROLOGYign\Petrology\Igneous and Metamorphic Petrology - Lecture 15_files\iugsmafic.gif Ultramafické vyvřelé horniny D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\Olivine_soubory\OLIVINX1.jpg D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\Horninotvorné minerály_soubory\olivin.jpg Dunit •krupníky – mastek, chlority, tremolit •mastkové břidlice •tremolitové a antofylitové břidlice (střední stupně metamorfózy) •rodingity – metasomatické horniny bohaté Ca, spjaté se serpentinizací (grosular, vesuvian, prehnit, chlorit, prehnit, diopsid) •serpentinity (hadce) – serpentinové minerály + relikty primárních minerálů peridotitů •sepentinity mají nižší hustotu oproti primárním dunitům a peridotitům (2,6-2,8 g/cm3 vs. 3,3 g/cm3) •serpentinizace - značný přínos H2O + SiO2 ± CO2 - výrazné zvýšení objemu hornin (pro zachování objemu je nutný značný odnos MgO) •Zdroje H2O: •a) pozdní granitické intruze bohaté vodou •b) okolní horniny (nemet.- nízko met.) •c) litologická rozhraní a zlomy • •Fázové vztahy v ultramafitech •systémy: CMS, MSH, CMSH, ± FeO (FMSH, CFMSH), Al2O3, CO2 •Systém SiO2-MgO-H2O •antigorit stabilní do cca 500-600ºC (nejvyšší stupeň z minerálů serp. skupiny) •antofylit (Mg-Oamf) stabilní mezi cca 600-800º při P< 12kbar •progresivní metamorfóza – uvolňování H2O, ta zůstává v systému obr_7_3 Zjednodušená MSH mřížka pro ultramafické horniny (sestaveno na základě termodynamických databází Bermana, Konopásek et al. 1998 převzato ze Speara 1993) tab_7_2 obr_3_9 Petrogenetická mřížka pro systém SiO2-MgO-H2O pro metamorfované ultrabazické horniny D:\prace\PK\obrpol\Pol1\ult31-1 n.jpg Ol Srp Anth D:\Zal\Zal\PDF2\b8Html\PETROLOGYmet\petrology\met_minerals\talc-X.jpg Serpentinit Atg+Fo Tlc+Fo Mastková břidlice Antofylitová skalina Anth+Tlc Tlc •Fázové vztahy v ultramafitech •Systém SiO2-MgO-CaO-H2O •projekce z pozice H2O – jen asociace koexistující s čistou vodní fluidní fází (aH2O=1) Zjednodušená CMSH mřížka pro ultramafické horniny (sestaveno na základě termodynamických databází Bermana, Konopásek et al. 1998 převzato ze Speara 1993) obr_7_2 D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\M2\Metamorphic Petrology; Geology 102Cf_soubory\CMSplot.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\M2\CMSPTrxns.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\M2\CMSrxns.jpg D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\M2\CMSPTrxns.jpg D:\Zal\Zal\PDF2\7PPT\AA\serp_xpl.jpg D:\Zal\Zal\PDF2\b8Html\PETROLOGYmet\Metam\Metamorphic Rock Pictures_files\serp.jpg Serpentinit D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\Actinolite-Tremolite_soubory\TREMOLX1.jpg 1Sc5-Act Tremolit- mastková břidlice Tr Tlc ENSTATITE CHANGING TO TALC splendor_s_bw11.gif - 4937 Bytes D:\PC\PDF2\8Html\PETROLOGYmet\M2\CMSPTrxns.jpg •typy ultramafických hornin (nyní v zemské kůře) •alpinský (orogenní) - fragmenty pláště (čočky, xenolity) tektonicky transportované během orogenních procesů z oblasti pod oceánskou kůrou, součást ofiolitových komplexů, často lherzolitické složení, častá serpentinizace a rekrystalizace •plášťové fragmenty ze subkontinentální části pláště, součást krustálních sekvencí, diferenciáty basaltických magmat – harzburgitické či dunitické složení •vyneseny z pláště jako xenolity v kimberlitech a basaltech společně s HT eklogity (menší část). • Ø v orogénech často tělesa peridotitů uspořádána v nesouvislých pásech X00- 1000 km dlouhých, paralelních se strukturními prvky orogénu Ø ultramafické pásy souvisejí s kolizí a následnou subdukcí oceánské kůry pod kontinent (indikují zóny dřívějších subdukcí) obr_7_1 PT-diagram ukazující pole stability lherzolitu s různými asociacemi. D:\Zal\Zal\PDF2\b8Html\PETROLOGYmet\M2\ultramaficFacies.jpg D:\Zal\Zal\PDF2\b8Html\PETROLOGYign\Petrology\Igneous and Metamorphic Petrology - Lecture 15_files\iugsmafic.gif ENSTATITE CHANGING TO TALC splendor_s_bw11.gif - 4937 Bytes D:\prace\PK\obrpol\Pol1\ult31-1 n.jpg Ol Srp Metamorfóza karbonátových hornin •Karbonátové horniny, většinou vždy znečištěné silikátovou příměsí, lze rozdělit podle jejich mineralogického (chemického) složení a přítomnosti fluidní fáze do několika systémů: •kalcitické CaO-SiO2-H2O-CO2 CS-HC •dolomitické CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2 CMS-HC •vápenato-silikátové K2O-CaO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-CO2 KCMAS-HC • •typické minerály: kalcit, dolomit, tremolit, forsterit, diopsid, wollastonit, mastek, periklas, brucit, křemen, dále grosular, vesuvian, spinel, chlorit, flogopit, minerály skupiny humitu •pro karbonátové horniny jsou rozhodujícími faktory především teplota a aktivita fluid, tedy poměr H2O/CO2 = XCO2 •v některých horninách se uplatňuje také F •tyto horniny nejsou příliš vhodné pro odhad výše tlaku, s výjimkou nízkotlakého periklasu D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\Marble (impure)_soubory\29-Marble-impure_01.jpg D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\Marble_soubory\mr-15-53.jpg •Fázové vztahy v metakarbonátech •Fázové vztahy se zobrazují v izobarických T- XCO2 diagramech, v různých chemických systémech. Existuje poměrně velké množství reakcí, které jsou vzhledem k jednoduchosti systému experimentálně poměrně přesně definované v P-T diagramech. •některé důležité reakce: •CS-C: kalcit + křemen = wollastonit + CO2 •CMS-HC: tremolit + dolomit = forsterit + kalcit + CO2 + H2O(dolomit. vápence) •CMS-HC: dolomit + křemen + H2O = tremolit + kalcit + CO2 500C/5kb •CMS-HC: dolomit + křemen = diopsid + CO2 670C/8kb v metamorfní vývoj může být ovlivňován teplotou nebo XCO2 v je často komplikované rozpoznat, který z činitelů měl hlavní význam fig_7_4 • D:\prednasky\Diagram.jpg 3 kbar DIOPSIDE IN CALCITE DIOPSIDE IN CALCITE D:\prace\PK\obrpol\Pol1\bud1.jpg Xenolit mramoru v tonalitu Wo Cal Mramor D:\prace\BMamf\BMobr\fotozelesic\zel6.jpg Mramor: Tr+Cal •Důležitou roli hraje také nasycenost systému SiO2 •V dolomitických vápencích (dolomit a kalcit v přebytku): •1) pole stability tremolitu posunuto do vyšších teplot •2) v oblasti vysokých teplot a nízkého XCO2 (až do XCO2 = 0.3 pro 800ºC) je stabilní forsterit (asociace Cal+Fo+CO2) namísto wollastonitu obr_7_7 Typické minerály karbonátových hornin: Křemen SiO2 Kalcit Ca(CO2)3 Wollastonit CaSiO3 Granát Ca3Al2Si3O12 Tremolit Ca2Mg5Si8O22(OH) Diopsid CaMgSi2O6 Metamorphic zones developed in regionally metamorphosed dolomitic rocks of the Lepontine Alps, along the Swiss-Italian border. After Trommsdorff (1966) Schweiz. Mineral. Petrogr. Mitt., 46, 431-460 and (1972) Schweiz. Mineral. Petrogr. Mitt., 52, 567-571. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 29\Fig 29-5.jpg •vápenato-silikátové horniny •do této skupiny lze zařadit řadu geneticky poměrně odlišných hornin, především Ca-skarny, erlány, kalcitické mramory bohaté silikáty, kontaktní rohovce a rodingity •problémem je odhad tlaku •systému CAS(H2O-CO2), i když horniny prakticky vždy obsahují také Mg, Fe2+ a často také Fe3+, F •dochází často k metasomatóze (přínosu a odnosu látek nepočítáme-li H2O a CO2) •typické minerály: granáty (grosular-andradit-almandin), pyroxen (diopsid-hedenbergit), plagioklasy, wollastonit, epidot, vesuvian, kalcit, křemen, skapolit. • •Typické znaky jednotlivých typů hornin: •a) skarny – většinou vázané na metakarbonáty, vysoká aktivita H2O, silné projevy metasomatózy, většinou kontaktního, méně regionálního původu •b) erlány - většinou regionálního původu, projevy metasomatózy slabé, jednoduché minerální asociace •c) rohovce - většinou kontaktního původu, velmi jednoduché minerální asociace •d) rodingity – metasomatického původu, vysoká aktivita H2O, jsou vázané na serpentinity D:\prace\PK\obrpol\Pol1\po2.jpg Erlan: Di+Pl+Qtz •Minerální reakce v systému •CAS(H2O-CO2) a CMAS(H2O-CO2) •T-XCO2 diagramech je experimentálně velmi dobře ověřený: •typické reakce: •CS(CO2): kalcit + křemen = wollastonit + CO2 •CAS: grosular + křemen = anortit + wollastonit •CAS(CO2): anortit + křemen + kalcit = grosular + CO2 •CAS(H2O): klinozoit + křemen = grosular + anortit + H2O • 4Ca2Al3Si3O12(OH) + SiO2 => 5CaAl2Si2O8 + Ca3Al2Si3O12 + 4H2O epidot/zoisit Qtz anortit (plag) grossular CaCO3 + SiO2 => CaSiO3 + CO2 kalcit Qtz wollastonit fluida Vápenato-silikátové horniny D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\Horninotvorné minerály_soubory\granat.jpg sc07 (Grs+An+Cal) •Porfyroblast grossularu v mramoru D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\(Type a title for your page here)_soubory\vpgcphky.jpg Grs Di D:\disertace\NovCD\Cd2\Html\(Type a title for your page here)_soubory\verpeneset.jpg (Grs+An+Cal+Wol) D:\prednasky\mineral\Skarn\skd.gif skarny – silikátová hornina obsahující Ca-Fe-Mg . Typické minerály: granáty (grosular-andradit-almandin), pyroxen (diopsid-hedenbergit), plagioklasy (podružně), wollastonit, epidot, vesuvian, kalcit, křemen, skapolit. D:\prednasky\mineral\Skarn\skarn.gif D:\prednasky\mineral\Skarn\metfig.gif 1) metasomatóza mezi dvěma chemicky kontrastními horninami během regionální metamorfózy ( např. rohovcové konkrece v mramoru) křemen Þ wollastonit Ü kalcit D:\FOTO\dia\Kad.jpg D:\FOTO\dia\Kad2.jpg Skarn Px + Grt + Mag + Qtz 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