Granity a kontinentální kůra I (klasifikace granitů) David Buriánek pouze pro potřeby výuky •I. 1. Význam granitů pro kontinentální kůru •I. 2. Kontinentální kůra •I. 3. Voda v kontinentální kůře •I. 4. Granity-definice •I. 5. Klasifikace granitů •A. Mineralogické klasifikace •B. Klasifikace založené na hlavních prvcích •C. Klasifikace založené na stopových prvcích •D. Klasifikace spojující více kritérií •I. 6. Význam chemického složení pro klasifikaci I. 1. Význam granitů pro kontinentální kůru •Svrchní kontinentální kůra je složena ze sedimentárních, metamorfovaných a magmatických hornin v poměru zhruba 1:4:4 (Wedepohl, 1991). •Granitoidy tvoří ve svrchní kontinentální kůře 86% intrusivních hornin. • 44% granitů a křemenných monzonitů, 34% granodioritů a 8 % tonalitů. Pozice granitů v kontinentální kůře (Chen a Grapes, 2007) •Granitoidy jsou horniny typické pro hlavně pro kontinentální kůru. •Velká část granitoidů je derivována parciálním tavením kůry. •Malá část vzniká i frakcionací bazických hornin. •Většina kontinentální kůry je za normálních podmínek v pevném stavu. •Aby došlo k tavení musí se odchýlit od běžné geotermy (např. přínos tepla z pláště). F11-02.jpg 00021800IAM CD BA1CAA95: 1)kontinentální oblouky – tavení v důsledku přínosu tepla z podložních bazaltů 2)kontinentální rift – přínos tepla z pláště 3)zvětšení mocnosti kontinentální kůry • Plášť (Mantle) •3488 km mocný složený hlavně z peridotitů (Ol + Opx + Cpx). •S hloubkou se mineralogie peridotitů mění. •S narůstajícím tlakem postupně mění složení z Pl na Sp a pak při tlacích kolem 30 kbar Grt. •V hloubkách 400 km a 670 km se mění olivín a pyroxen na vysokotlaké modifikace. Kůra (Crust) •Proměnlivá mocnost a složení. •Kontinentální (10 - 70 km) •Průměrné složení odpovídá granodioritům. •Oceánská (8 - 10 km) průměrné složení odpovídá gabrům. [Photo: Granite and Basalt] [Photo: Granite and Basalt] http://www.mnh.si.edu/earth/ Plášť (Mantle) •mineralogie peridotitů: •Ol + Cpx + Opx + Pl •Ol + Cpx + Opx + Sp •Ol + Cpx + Opx + Grt Jádro (Core) •Poloměr 2883 km složeno hlavně z Fe a malého množství Ni. [Photo: Granite and Basalt] I. 2. Kontinentální kůra •Mocnost kontinentální kůry: •na riftech kolem 27 km •orogenních pásmech kolem 50 km. •Průměrná kůra má složení odpovídající granodioritu, monzogranitu až Qtz dioritu. •Svrchní kontinentální kůra odpovídá granodioritům Mocnosti typické kontinentální kůry a její složení: (a) Normativní diagram Qtz-Or-Ab-An značky pro spodní kůru L a V jsou od různých autorů a jsou odlišné od typické spodní kůry (b) (Chen a Grapes, 2007) a b Svrchní kontinentální kůra - Upper continental crust (UCC) •Je snadno přístupná ale poměrně komplikovaná a diferenciovaná. •Kolem nejstarších prekambrických štítů a platform jsou mladší orogenetické pásy. •Jak určit složení UCC? 1) Na základě geologických map můžeme získat váženým průměrem (Clarke, 1889; Clarke a Washington, 1924). 2) Analyzováním složení vzorků z různých částí světa (Shaw et al., 1967). 3) Geochemický přístup – analýzy jemnozrnných sedimentů (břidlice a spraše) pro zjištění nerozpustných prvků. Odhadnutí ostatních prvků na základě geochemických principů (Goldschmidt, 1933; Taylor a McLennan, 1985; Rudnick a Fountain, 1995). UCC composition Obsahy hlavních prvků v UCC Rudnick a Gao (2004) UCC T-Mc vs Rudnick-Gao http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/topography/occ02_03.gif http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ca/Topo.jpg Mocnost kůry (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ca/Topo.jpg) O 50.7% Mg 15.3% Fe 15.2% Si 14.4% S 3.0% Al 1.4% Ca 1.0% Složení Země: prvky které tvoří 97% planety. An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter , Prentice Hall. •Kůra Země reprezentuje pouhých sedm desetin procenta objemem u této planety. •Kůry neovlivňuje celkové složení Země co do obsahu hlavních prvků (Si, O, Al, Fe, Mg, Ca). C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\magmagen.jpg C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\rockcycl.jpg •Voda umožňuje komunikaci mezi svrchním pláštěm, oceánskou a kontinentální kůrou. •Termín růst kontinentální kůry znamená akreci (nahloučení, shluknutí menších součástek k vytvoření tělesa většího) "kontinentální kůry" (obyčejně ostrovního oblouku) k existujícímu kontinentálnímu jádru. •Stavba kontinentů ukazuje stará jádra (kratony) obklopená mladšími útvary. C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\rkcyarch.jpg Obrazek Představy o kontinentálním růstu vyjádřené v grafu závislosti objemu kontinentální kůry na jejím stáří (Převzato Jakeš, Vesmír 74, 83, 1995/2). • Křivky typu F (W. Fyfe) reprezentují náhlý vznik velkého množství kůry a vlastně i atmosféry. • Křivky H, R (Hurley a Rand) anebo V, J (Veizer a Janssen) reprezentují víceméně kontinuální přirůstání. • Epizodické přirůstání s maximem přírůstku v pozdním archaiku reprezentuje křivka M, T (McLennan a Taylor). •Kůra se mohla vytvořit jako následek jednorázového diferenciačního procesu. •V prvopočátku Země vznikla kůra a od té doby se její rozsah nemění (jen se recykluje). •Distribuční koeficienty prvků mezi taveninou a krystaly a také mineralogie svrchního pláště indikují že tomu tak není. granitethroughtime.jpg 00071BAFBolio B8D880C4: C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\protocon.jpg •Granity jsou v zemské kůře běžné až v posledních 2500 Ma. •Archaická kůra obsahovala granodiority, tonality a trondhjemity blízké svým složením horninám vulkanických oblouků. •Typické granity nevznikaly frakční krystalizací bazických hornin, ale parciálním tavením metapelitů. radiogenic_heat_time.jpg 0040D814Alta HD B746699A: •Archaická kůra měla poněkud jiný geotermální gradient. http://www.geosci.usyd.edu.au/users/prey/Teaching/Granite/GEOTHERM3.JPG •Na hranici MOHO byly teploty kolem 750 až 950ºC. •K tavení vodou nasycených bazaltů docházelo již v hloubce 25 km. •Během vývoje Země množství kontinentální kůry roste MAGMA •Je to přírodně vzniklá tavenina z níž krystalizují vyvřelé horniny. •Magma obsahuje: Kapalná fáze - je složena z celé řady iontů Fe2+ (ferrous), Fe3+ (ferric), Mg2+, Na+ Si, Al a O. Plynná fáze - plyn rozpuštěný v tavenině H2O, CO2, H2S, CH4 (metan), NH3 (amoniak). Pevná fáze - krystaly, xenokrysty, xenolity cizorodých hornin. Graphic: major oxide compounds of volcanic rocks http://volcanoes.usgs.gov TEPLOTA MAGMATU •Extruzivní magma = výlevné horniny, magma je uvolněno do atmosférického nebo vodního prostředí a je jen málo, nebo vůbec závislé na tlaku. •Teplota krystalizace je tedy závislá jen na složení magmatu (bazalty například 900-1500°C). •Intruzivní magma = plutonické horniny, magma je pod povrchem a tak je jeho teplota krystalizace závislá i na tlaku. •S nárůstem tlaku teplota krystalizace klesá. Graphic: characteristics of volcanic rocks http://volcanoes.usgs.gov CHLADNUTÍ •Krystalizace magmatu probíhá v teplotním intervalu u většiny granitů to je 1000-600°C. •Rychlost chladnutí závisí na hloubce, tvaru magmatického krbu, a krystalujících fázích. •Magma chladne exotermicky a uvolňuje teplo do okolních hornin či atmosféry. •Magma je otevřený systém, který uvolňuje do okolí plyny nebo fluida. DŮLEŽITÉ PROBLÉMY GRANITŮ •Původ magmatu. •Transport magmatu. •Vmístění magmatu. •Krystalizace magmatu. RYCHLOST VÝSTUPU A CHLADNUTÍ •Tyto vlastnosti závisí na fyzikálních a strukturních charakteristikách magmatu (velikost tělesa, tvar, viskozita, složení). •Největší rychlost výstupu mají kymberlity (40 km/h), nejnižší rychlost je kolem několika cm/1000 roků. •Rychlost chladnutí: batolit o rozměrech 10,000 km3 potřebuje asi 10 million let. Graphic: characteristics of plutonic rocks http://volcanoes.usgs.gov http://www.nationmaster.com/wikimir/images/upload.wikimedia.org/wikipedia/en/9/99/Textures.png Vyrostlice Kfs v granitu (Pirin) •Klasifikace IUGS pro plutonity je klasifikací kvatnitativně-mineralogická. •Pro vulkanity se používají jak mineralogického tak i chemického klasifikačního principu (prostřednictvím diagramu TAS). •Jako hlavní a primární klasifikační kriterium pro granity použít (modální) minerální složení hornin: •Q = křemen; •A = alkalický živec (ortoklas, mikroklin, perthit, anortoklas, albit An 00 až 05); •P = plagioklas An 05 až 100, skapolit; •F = foidy (leucit a pseudoleucit, nefelin, minerály sodalitové skupiny, analcim); •M = mafické minerály, (slídy, amfiboly, pyroxeny, olivín, opakní minerály, akcesorie jako zirkon, apatit, titanit apod., epidot, ortit, granáty, melilit, monticellit, primární karbonáty atd. • •Podle SiO2 na vyvřeliny: Økyselé (nad 65% SiO2) Øintermediární (65-52% SiO2) Øbazické (52- 44% SiO2) Øultrabazické (pod 44% SiO2) Rozdělení vyvřelých hornin (klasifikace IUGS) mag-1 C:\WINDOWS\Desktop\PGS\CD650\OBRPOM\www.science.ubc.ca\~geol202\images\igneous\pics\igclas2.gif Peg-3 •Místa kde se koncentrují fluida. a. Miarolitická dutina v granitu (několik cm). b. Asymetricky zonální pegmatitová žíla ve spodní části je aplit (několik desítek cm mocné). c. Asymetricky zonální pegmatitová žíla (několik m mocné). Jahns and Burnham (1969). Econ. Geol., 64, 843-864. Fluida •Pegmatitová žíla (Mongolsko) •Pegmatitová žíla (Mongolsko) Rozpustnost H2O v tavenině v závislostí na tlaku (Burnham 1979) •Pegmatitová žíla (Mongolsko) •Nasycení (saturovaní) SiO2 : minerály můžeme rozdělit na 2 skupiny: a) minerály nasycené SiO2: jsou kompatibilní s křemenem a dalšími modifikacemi SiO2 (tridymit)-živce, amfiboly. b) minerály nenasycené SiO2: nemohou se vyskytovat s primárním křemenem např. Mg-olivín, nefelin a další foidy. Nenasycené minerály by v přítomnosti SiO2 reagovaly na nasycené: •2SiO2 + NaAlSiO4 ===> NaAlSi3O8 • Qtz + Ne ===> Albite •SiO2 + Mg2SiO4 ===> 2MgSiO3 • Qtz + Ol ===> En •Horniny na základě tohoto kritéria rozdělujeme na: •Přesycené - obsahují křemen •Nasycené - neobsahují ani křemen ani nenasycené minerály •Podsycené - obsahují nenasycené minerály Podle nasycení SiO2 Index tmavosti (Color index) Celkový obsah mafických minerálů (v objem. %). olivín, pyroxeny, amfiboly, biotit, běžné granáty, melilit, ilmenit, magnetit 10% amfibolu + 12% biotitu = index tmavosti 22 I. 3. Voda v kontinentální kůře •Množství vody v kontinentální kůře ovlivňuje možnosti jejího tavení •Voda výrazně ovlivňuje transport prvků v kůře. •Volná voda je na puklinách, v pórech, inkluzích a na zrnech jako tenký film. •V běžné kontinentální kůře se voda jako fluidní fáze vyskytuje běžně do hloubek 4-5 km kde je teplota kolem 100-200 °C ale ve větších hloubkách se setkáváme vysoce temperovanými fluidy. •Ve svrchní kůře mohou fluida komunikovat s povrchem ve větších hloubkách je systém uzavřen •Ve střední a spodní kůře je většina vody vázána v minerálech. •Obsah vody ve spodní kůře je méně než 0,1 % tedy v podstatě bez volné vody. •Model pro vývoj tlaku fluid v závislosti na hloubce: •A. Kůra saturovaná fluidy tlak roste s růstem hloubky z hydrostatického tlaku ve svrchní kůře do litostatického tlaku ve spodní kůře. •B. Suchá kůra ve svrchní kůře je tlak hydrostatický a není díky minerálním reakcím přítomen v kůře spodní, kde je velmi nízký tlak pufrován minerálními reakcemi (Chen a Grapes, 2007) I. 4. Granity-definice •Dnes jsou granity většinou chápány ve smyslu klasifikace komise IUGS, tedy jako hrubě až středně zrnité horniny s obsahem křemene 20 - 60% a poměrem plagioklasy/alkalické živce 0,1 až 0,65 (Streckeisen, 1976). QAP diagram s vymezeným polem granitů (Streckeisen, 1976) C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\CD650\New fig\granobr\10t1.jpg C:\MyFiles\232 Notes\classification.jpg I. 5. Klasifikace granitů •Během posledních zhruba třiceti let se objevila celá řada snah klasifikovat granitoidy podle různých kritérií. •Ne všechny klasifikace se ujaly a navíc některá klasifikační kritéria nejsou vzájemně porovnatelná. •A) Mineralogická klasifikace •B) Klasifikace založené na hlavních prvcích •C) Klasifikace založené na stopových prvcích •D) Klasifikace spojující více kritérií (genetická) •E) Pojmenování geografické (např. "mrákotínský typ", „táborský syenit„) zahrnuje horninu nebo skupinu hornin které jsou definovány petrograficky a regionálně. • C:\MyFiles\232 Notes\Table3_4.jpg A. Mineralogické klasifikace •Podle poměru hlavních světlých minerálů (křemen, alkalické živce, plagioklasy) vyneseného do QAP diagramu je možné určit k jaké horninové sérii magmatické těleso (masiv, batolit) patří. Základní magmatické asociace v QAP diagramu podle Lameyre & Bowden (1982), převzato Hanžl, (1995) •Je třeba vynést modální složení pokud možno ze všech horninových typů tvořících toto těleso. Lameyre a Bowden (1982) vyčlenili v QAP diagramu tyto horninové série: 1.vápenato-alkalická serie 2.alkalická serie 3.tholeiitická serie 4.krustální mobilizáty 5. Color index je založen na obsahu minerálů s Fe a Mg : •Leukokratní (Leucocratic): světlá barva 0-30 % tmavých minerálů. •Mesokratní (Mesocratic): 30-60 % tmavých minerálů. •Melanokratní (Melanocratic): 60-90 % tmavých minerálů. •Hypermelanokrátní (Hypermelanic): 90-100 % tmavých minerálů. C:\WINDOWS\Desktop\PGS\CD650\OBRPOM\www.science.ubc.ca\~geol202\images\rock_cycle\ign1.gif •Pro klasifikaci lze využít i jednotlivé minerály. •Podle chemizmu (MgO, FeO, Al2O3) rozděluje Albdel-Rahman (1994) biotity na: 1.biotity v horninách vápenato-alkalických orogenetické suity 2.biotit v horninách anorogenetické alkalické suity 3.biotit v horninách peraluminické (včetně S-typů) suity Klasifikační diagram pro biotity v magmatických horninách s vyčleněním magmatických suit (Albdel-Rahman, 1994) Diagram Al-Fe/(Fe+Mg) pro klasifikaci biotitů s vyznačeným polem do nějž spadá většina přírodních biotitů (Deer et. al., 1992) Biotit •Podle opákních minerálů (Ishihara 1977): magnetitová a ilmenitová série. • •Whalen a Chappell (1988) I-typy = magnetit+ilmenit, S-typy = ilmenit+sulfidy. • •S-typy = redukční podmínky, díky S a C v původních sedimentech. • •Magnetitová série většinou = I-typy granitů a ilmenitové série = S-typy granitů. • •Toto rozdělení neplatí vždy, protože výskyt magnetitu nebo ilmenitu výrazně ovlivňuje fugacita kyslíku. C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\CD650\New fig\granobr\4T1.JPG I typ S typ Ilmenit-magnetit Zirkon •Typologie zirkonů (Pupin, 1985). •Diagram umožňuje odhadnout interval teploty krystalizace zirkonu a stupeň alkalinity mateřské taveniny. •Na základě tvarové diverzity zirkonu v hornině je možné zařadit tuto horninu do magmaticke suity. •V diagramu je vyčleněno několik hlavních trendů: 1.aluminické anatektické granity 2.hybridní korovo-plášťové vápenato-alkalické a subalkalické granity 3.plášťové alkalické nebo tholeitické granity 4.charnockity četnost_zirk a) Četnost zirkonů (vzrůstá se sytostí); b) T.E.T. je označen šipkou. Bílé kolečko představuje tzv. střední bod zirkonové populace (Dozbaba, 2003). 1 – peraluminické leukogranity, 2 – (sub)autochtonní monzogranity a granodiority, 3 – peraluminické monzogranity a granodiority, 4(a,b,c) – granity smíšeného korového a plášťového původu (hybridní granity), 5 – granity subalkalické suity , 6 – granity alkalické série, 7 – granity tholeitické série, ch – čarnokity, Mu – vyjadřuje hranici, pod níž není v granitech přítomen muskovit (upraveno podle Pupina 1980). Zircon typological classification and corresponding geothermometric scale proposed by Pupin (1980). Index A reflects the Al/alkali ratio, controlling the development of zircon pyramids, whereas temperature affects the development of different zircon prisms. Pupin (1980) •Chemické složení zirkonu může poskytnout celou řadu důležitých informací (Belusova et al. 2002). •Jádra některých zirkonů nesou informaci o původu protolitu granitů. •Někdy mohou granity obsahovat xenokrysty, které dokazují míšení magmat. •Množství stopových prvků v zirkonech roste od ultramafických hornin k granitoidům. Hypersolvní a subsolvní granity •Granity můžeme rozdělit podle chování živců při krystalizaci. •Protože celou situaci komplikuje přítomnost An komponenty používá se tato klasifikace jen pro alkalickoživcové granity (alkali feldspar granites) podle klasifikace IUGS. •Hypersolvní: při krystalizaci z vodou nasycené granitové taveniny za nízkých tlaků krystaluje jeden alkalický živec za vysokých teplot a vyznačuje se úplnou mísivostí. Při rychlém chladnutí zůstane jeden perthitický draselný živec (hypersolvus granites). •Subsolvní (subsolvus granites) při pomalém chladnutí za vyšších tlaků se pak odmísí na dvě složky (albit a ortoklas). solv_subsolv.gif (13054 bytes) B. Klasifikace založené na hlavních prvcích •Rozdělení na peraluminické, metaluminické a peralkalické zavedl Shand (1947). •Založeno na molárním poměru Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) a Al2O3/(Na2O+K2O). Diskriminační diagram A/NK a A/CNK (Mainar-Piccoli, 1989) založený na rozdělení granitů podle Shanda (1947) Peraluminické (peraluminous) ØAl2O3 > (CaO + Na2O + K2O) ØAl2O3 bohaté minerály jako muskovit [KAl3Si3O10(OH)2], korund [Al2O3], topaz [Al2SiO4(OH,F)2], nebo Al2SiO5- (kyanit, andalusit nebo sillimanit) Metaluminické (metaluminous) ØAl2O3 < (CaO + Na2O + K2O) a Al2O3 > (Na2O + K2O) Øtyto granyty jsou nejběžnější Øpyroxeny a amfiboly Peralkalické (peralkaline) ØAl2O3 < (Na2O + K2O) Øhorniny bohaté na alkalie (Na2O + K2O) Øaegerin [NaFe+3Si2O6], riebekit [Na2Fe3+2Fe2+3Si8O22(OH)2], arfvedsonit [Na3Fe4+2(Al,Fe+3)Si8O22(OH)2 ] Diskriminační diagram K2O a SiO2 (Peccerillo-Taylor, 1976) Podle Clarka (1992). Granitoid Rocks. Chapman Hall. Fig 18-2 Charakteristiky Shandovy klasifikace shrnuté podle Clarka (1992) převzato Hanžl (1995) •Další klasifikaci jejíž základ tvoří diagramy La Rocheho et al (1980) publikovali Bachelor a Bowden (1985), kteří pro geotektonickou klasifikaci granitů využili parametry R1 a R2. Diskriminační diagram R1-R2 (Batchelor-Bowden, 1985): 1) plášťové plagiogranity, 2) předdesková kolize, 3) postkolizní výzdvih, 4) pozdně orogenní, 5) anorogenní, 6) synkolizní, 7) postorogenní. •Na poměru hlavních oxidů spočívá princip klasifikace Debona a Le-Forta (1983). •Autoři na základě parametrů, použitých La Rochem (1978) A, B, F. •A=Al-(K+Na+2Ca), •B=Fe+Mg+Ti, •F=555-(Q-B), •Q=Si/3-(K+Na+2Ca/3) Q'-ANOR diagram (Streckeisen & Le Maitre 1979) 2 alkali feldspar granite 3 granite 4 granodiorite 5 tonalite 6* quartz alkali feldspar syenite 7* quartz syenite 8* quartz monzonite 9* quartz monzodiorite/quartz monzogabbro 10* quartz diorite/quartz gabbro 6 alkali feldspar syenite 7 syenite 8 monzonite 9 monzodiorite/monzogabbro 10 diorite/gabbro •Základní dělení je na vyvřeliny alkalické a subalkalické série •Subalkalické se dělí na sérii tholeiitické nebo sérii alkalickovápenaté. •Tholeiity a alkalickovápenatoalkalcké vyvřelin jsou dobře oddělitelné v diagramu AFM. alk_subalk.gif (14517 bytes) AFM (vynáší se v molekulárních nebo hmotnostních procentech) A = Na2O + K2O, F = FeO (+Fe2O3), M = MgO •Maniar a Piccoli (1989) zavedli klasifikaci založenou na poměru hlavních prvků uváděné v hmotnostních procentech. •Diagramy MgO-FeO, SiO2-FeO/(FeO+MgO), SiO2-K2O, SiO2-Al2O2, CaO-FeO+MgO umožňují oddělit od sebe několik typů granitů: 1.IAG-granitoidy ostrovních oblouků 2.CAG-granitoidy kontinentálních oblouků 3.CCG-granitoidy kontinentální kolize 4.POG-postorogenní granitoidy 5.RRG-granitoidy spojené s rifty 6.CEUG-granitoidy kontinentálního epiorogenetického zdvihu 7.OP-oceanské plagiogranity di.gif Klasifikační diagram K2O-SiO2 (Maniar a Piccoli, 1989) C. Klasifikace založené na stopových prvcích •Whalen et al.(1987) navrhli dva klasifikační diagramy určené především pro odlišení A-typů granitu. •Oba jsou založeny na poměru mezi Zr + Nb + Ce + Y (udávané v ppm) na jedné ose diagramu a (K2O+Na2O)/CaO či Fe/Mg na druhé ose diagramu. •Oxidy jsou uváděny v hmotnostních procentech. •Diagram obsahuje pole: •FG (A-typy granitů a frakcionované felzické granity) •OTG (nefrakcionované S, I a M-typy) Diagram pro odlišení FG a OTG granitů (Whalen et al.,1987) C:\DAVID\Granit\Disertace\perce2.gif •Pro určení geotektonické pozice jsou vhodné diagramy Pearce et al. (1984) Rb-(Y+Nb), Rb-(Yb+Ta), Y-Nb, Yb-Ta, Rb-Y-Nb, Rb-Yb-Ta. •Často užívaným je především diagram Rb-(Y+Nb). •V diagramu bylo později vyčleněno také pole postkolizních granitů Pearce (1996). d2.jpg •Nově byla diagram Rb-(Y+Nb) testována Förstrem et al. (1997). Nevýhodou je především velký přesah mezi polem VAG a COLG. •Také bylo zjištěno, že hornina nemusí spadat do odpovídajícího pole, pokud prošla vysokým stupněm frakcionace. •Konečně výsledné chemické složení granitu může být ovlivněno zdrojovými horninami. •Například bude-li jako protolit pro tavení vnitrodeskových granitů sloužit materiál, který pocházel ze starého vulkanického oblouku, ponesou vzniklé granity se znaky VA granitů. Diagram Rb-(Y+Nb) Pearce (1996) V diagramech byly vyčleněny tyto typy granitů: 1. ORG-granity oceánských hřbetů 2. WPG-granity vnitrodeskové 3. VAG-granity ostrovních oblouků 4. COLG-kolizní granity 5. Post-COLG-postkolizní granity C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 18\Fig 18-9.jpg Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. •Na další úskalí tohoto diagramu upozorňuje Rollinson (1993). •Rubidium patří mezi prvky, které jsou poměrně mobilní během interakce horniny s hydrotermálními fluidy. •Proto je třeba určité opatrnosti při použití tohoto diagramu v alterovaných granitech. di2.gif •Klasifikační diagramy Harrise et al. (1986) využívají Rb. •Jde o trojuhelníky, do nichž se vynáší poměry Hf-Ta x 3-Rb/20 nebo (Rb/10). Diskriminační diagram pro granity Hf-Rb/20-Ta x 3 (Harris et al., 1986) •autoři zde vyčleňují pole: 1) granity vulkanických oblouků, 2) vnitrodeskové, 3) synkolizních granitů 4) pozdně kolizní a postkolizní Přehled zkratek •AGT - Anorogenic Granite Type - anorogenní typ granitu •CAG - Continental Arc Granitoids - granitoidy kontinentálních oblouků •CCG - Continental Collision Granitoids - kontinentálně kolizní granitoidy •CEUG - Continental Epeirogenic Uplit Granitoids -kontinentální granitoidy epeirogenetických zdvihů •FG - Fractionated Felsic Granites - frakcionované leukogranity •IAG - Island Arc Granitoids - granitoidy ostrovích oblouků •OGT - Orogenic Granite Type - orogenní typ granitu •OP - Oceanic Plagiogranites - oceánské plagiogranity •ORG - Ocean Ridge Granites - granity oceánských hřbetů •POG - Postorogenic Grantitoids - postorogenní granitoidy •RRG - Rift-Related Granitoids - granitoidy vázané na rifty •syn-COLG - Syn-Collision Granitoids - synkolizní granitoidy •WPG - Within Plate Granites - vnitrodeskové granity • D. Klasifikace spojující více kritérií •Chappell a White (1974) vyčlenili dva typy granitů: I-typy (I = igneous) derivované tavením starších vyvřelin, S-typy (S = sedimentary) vzniklé anatexí sedimentárních hornin. •Dalším typem jsou granity M-typu (M = mantle derived) odvozené z plášťového zdroje (White, 1979; Pitcher, 1987). •Whalen et al. (1987) vyčlenili A-typy (A = anorogenic), granitů vzniklé parciálním tavením granulitového rezidua po vytavení orogenních granitů ve spodní kůře. •H-typ hybridní granity se řadí k postorogenním granitům Sr a Nd isotopické složení I- a S-typových granitů Lachlan Fold Belt, rozdíly vychází z rozdílných zdrojových hornin (McCulloch a Chappell 1982) Earth Planet Sci Lett 58, 51-64. Chappell 1999 C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 18\Table 18-4a.jpg A Classification of Granitoid Rocks Based on Tectonic Setting. After Pitcher (1983) in K. J. Hsü (ed.), Mountain Building Processes, Academic Press, London; Pitcher (1993), The Nature and Origin of Granite, Blackie, London; and Barbarin (1990) Geol. Journal, 25, 227-238. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. •O syntézu data mineralogických, geochemických i izotopických se ve své klasifikaci pokusil Barbarin (1999). •Skupiny vyčleněné tímto autorem se mnohdy shodují se skupinami vyčleněnými dříve jinými autory (Pitcher, 1987; Pearce et al.,1984; Maniar a Piccoli; 1989). •Jednotlivým skupinám se autor pokusil přiřadit pozici v geotektonickém Wilsonově cyklu. C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\platbndsmal.jpg Pozice granitoidů ve Wilsonově cyklu •Označení jednotlivých skupin granitoidů a jejich zařazení do geotektonických prostředí vychází z klasifikace Barbaina (1999). 1.MPG- muskovitické peraluminické granitoidy 2.CPG- cordieritické a biotitické peraluminické granitoidy 3.KCG- vápenato-alkalické draslíkem bohaté granitoidy obsahující porfyrické vyrostlice draselného živce. 4.ACG- amfibolické vápenato-alkalické granitoidy 5.ATG- tholeiitické granitoidy oblouků 6.RTG- tholeiitické granitoidy oceánských hřbetů 7.PAG-peralkalické a alkalické granitoidy • •Wilsonuv cyklus •A) Pod stabilním kontinentální kratonem objeví horká skvrna. Tak vzniká nové divergentní rozhraní kontinentální rift. •B) Kotinent se rozdělí na dvě části a mezi nimi vzniká nový oceánský bazén ( jeho charakter je srovnatelný s Rudým mořem). Sedimenty se akumulují na obou kontinentálních okrajích. •C) Nově vzniklý oceán se rozšiřuje v tomto stadiu je dnes Atlantik •D) Na okraji kontinentální desky začínají vznikat subdukční zóny oceánská kůra začíná mizet. •E) Když je celý bazén subdukován dochází ke kolizi kontinentů. Během subdukce je na okraji kontinentu generováno magma, které způsobuje silný vulkanizmus projevující se vznikem kordillerových pohoří.Objevuje metamorfóza, vrásnění a zlomová tektonika. •F) Kolize dvou kontinentů způsobuje vznik rozsáhlého horstva je spojena s metamorfózou a tavením hornin. •G) Kolizní orogén je denudován a dochází k jeho zarovnání. C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\wilssimp3.jpg C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\rift1-2.jpg Kontinentální rozpad a rifting •Cyklus začíná rozpadem kontinentální kůry. •Během ztenčování kůry vznikají příkopové propadliny a svrchní plášť se posouvá blíže k povrchu. •Následkem tohoto procesu vystupují k povrchu podél zlomů alkalická magmata a vznikají peralkalické a alkalické granity (PAG). •Na kontinentálních riftech jsou PAG granitoidy spojeny s intruzemi alkalických syenitů, gaber a anortozitů. Klasifikace podle Barbaina (1999) •Mixing plášťového (frakcionace alk. baz.) a korového materiálů •Mohou také vznikat tavením metadrob nebo starších A-typových granitů •vysoké obsahy alkálií (Na2O, K2O), SiO2; •vysoké obsahy inkompatibilních prvku HFSE (Zr, Nb, Ta, Ga, REE, U, Th), •vysoké obsahy halogenidů (Cl = 0,02-0,2 wt.%, F = 0,05-1,7 wt.%) •Peralkalické = Alk. (Na) pyroxen - aegerin a amfibol – reibeckit, Fe bohatý biotit •Často bezvodá minerální asociace •Vysoká teplota (> 900°C) •Granofyrické struktury (hodně Kfs) •Variabilní 87Sr/86Sr (plášť, kůry) •Malé objemy taveniny •Alkalické granity v klasifikaci Pearce et al. (1984) WPG, A-typ C:\Class Figures\Intro\Cont Rift-EAR.jpg •Existují ještě A-WPG (Within Plate Granites - thin lithosphere) •Na kontinentálních okrajích a oceánských plató. •Hlavně M-typy, málo S, M •Většinou tholeitický charakter, vzácně korový charakter •Granity s Cpx, Ol C:\Class Figures\Intro\Cont Rift.jpg Ringový komplex Evisa (Korsika) aegerin-arfedsonitový granit Ringový komplex Cauro-Bastelica (Korsika, přehrada Tolla) hypersolvní fayalitový granit Ringový komplex Evisa (Korsika) pegmatit s krystaly fayalitu (Qtz+Kfs+Fa) C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\rift3.jpg Středooceánské hřbety •Na středooceánských hřbetech vystupují v obrovském množství bazická magmata derivovaná z pláště, ale i přesto odtud známé granity typu RTG. •Jde o plagiogranity až tonality (nízké obsahy K) vzniklé extrémně silnou frakcionací bazického magmatu. •I když jsou RTG granity známy z většiny odkrytých ofiolitových komplexů, je jejich objemové zastoupení v těchto komplexech menší než 2%. •RTG odpovídají v klasifikaci Pearce et al. (1984) ORG, M-typ •Malá tělesa ve spodní oceánské kůře. •Obsahují pyroxen a amfibol. Klasifikace podle Barbaina (1999) C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\volcign.jpg Subdukce a vulkanické oblouky •Rozsáhlé lineární batholity •klasifikaci Pearce et al. (1984) VAG, M-typ a I-typ •Tavení subdukčního klínu, pláště a kůry (intrakce mezi plášťovým a korovým magmatem). •Většinou vápenato-alkalické tonality až granodiority •Amfibol, klinopyroxen a biotit I-typové granity •metaluminické •amfibol, titanit, magnetit •biotit = žlutý-zelený-hnědý pleochroismus •magnetit a zelený biotit ukazují na oxidační prostředí •Vysoký Na2O a CaO, εNd •Nízký 87Sr/86Sr (0,704-0,708), δ18O C:\David\obr\pton31n.jpg enkláva dioritu v Bt tonalitu Miřetínský pluton C:\Class Figures\Intro\Convergent.jpg •V oblastech, kde dochází k subdukci jedné oceánské desky pod druhou, vznikají vulkanické oblouky, na něž jsou vázány vápenato-alkalické diority až tonality a granodiority (ACG) s menším zastoupením tholeitických gaber až křemenných monzodioritů (ATG). •Zastoupení hlubinných vyvřelin je však poměrně malé ve srovnání s zastoupením jejich vulkanických analogů hlavně vápenato-alkalických a tholeitických bazaltů a andezitů. Klasifikace podle Barbaina (1999) Subdukce a aktivní kontinentální okraj •Na aktivním kontinentálním okraji je magma generováno tavením akrečního klínu subdukované oceánské desky. •Vzniklé magma pak taví nadložní kontinentální kůrou. •V oblastech subdukce oceánské kůry pod kontinenální vznikají velké objemy nízce draselných a vysoce vápenatých a vápenato-alkalických tonalitů až granodioritů (ACG). •Tyto granitoidy tvoří stovky plutonů po celé délce kontinentálního okraje při hranici se subdukční zónou. Nad těmito plutony bývá vyvinut rozsáhlý komplex vulkanitů andezitového charakteru. •I když typ ACG je na aktivních kontinentálních okrajích zastoupen nejvíce, jsou zde přítomny i další typy. •ATG granitoidy se v malém množství vyskytují v blízkosti subdukčního příkopu. •Dále na kontinentu se pak vzácně mohou vyskytnout KCG granity, které oddělují ACG granity od PAG granitů vázaných na zaobloukové pánve. •Na aktivních kotinentálních okrajích tedy můžeme pozorovat směrem od hlubokomořského příkopu zonálnost: malé množství ATG, velké plutony ACG, vzácné KCG a nejdále PAG granitoidy typické pro zaoblokové pánve. Klasifikace podle Barbaina (1999) C:\WINDOWS\Desktop\PGS\použité\OBRPOM\tekt\A Circular Wilson Cycle_files\con-con3.jpg Kolize dvou kontinentálních desek C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 18\Fig 18-6.jpg Pokračující ubdukce táhne studenou kont. Desku. Ztluštění kontinentální kůry vede ke zvýšení teploty na její bázi a k tavení. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. •Rozdílné velikosti těles (většinou malé) •Tavení kůry (dekompresní nebo s přínosem fluid) •Peraluminické (muskovit, granát, biotit, cordierit) •klasifikaci Pearce et al. (1984) Syn-Collision Granites (syn-COLG), S-typ Cdr Cdr granit (lom Vanov) Cdr granit (lom Vanov) Pegmatitová žíla v granulitu S2 granit migmatit Kontakt migmatitů a Cdr granitů Kontakt migmatitů a amfibolitů (Mongolsko) S-typové granity •peraluminické •muskovit, granát, cordierit, ilmenit, alumosilikáty = Sill, And •biotit = červenohnědý pleochroismus, •během zvětrávání se v jílu koncentruje K a Al •Ca a Na se koncentrují do roztoků •Relativně redukční prostředí (grafit v sedimentech) •Vysoký poměr 87Sr/86Sr (více než 0,708), δ18O •Nízký Na2O, εNd And xenolit rul v granitu Budislav Smolná Pec Ilm GB40 Gb8 Grt Kfs Pl Qtz Okraj pegmatitové žíly v migmatitech Výsledky experimentů s dehydratečním tavením biotitických břidlic, tonalitů (10 kbar) a bazaltů (7 kbar); Patiño Douce a Harris, 1998, Beard and Lofgren, 1991). PT podmínky vypočtené pro tavení metasedimentární enklávy v dacitu (ACOSTA-VIGIL 2010). •minerální a chemické složení závisí na: •1) PT podmínkách tavení •2) charakteru protolitu •Když se oceán díky subdukci zcela uzavře, dochází ke kolizi dvou kontinentálních bloků a zvětší se mocnost kontinentální kůry. •Tavením kontinentální kůry vznikají peraluminické granitoidy (MPG a CPG) a také draslíkem bohatá vápenato-alkalická magmata (KCG). •MPG a CPG granity jsou vázány na období vrcholu orogeneze, kdy dochází k migmatitizaci regionálního rozsahu. Magma vzniká v kompresním režimu a intruduje podél zlomů a střižných zón. •KCG granity oproti tomu pravděpodobně intrudují až během období relaxace orogenu. •Je pravděpodobné, že během orogeneze dochází ke střídání období komprese a extenze, a tak se také střídají intruze peraluminických granitů a granitů KCG (vápenato-alkalické draslíkem bohaté granitoidy obsahující porfyrické vyrostlice draselného živce). •Před úplným ukončením konvergence kontinentálních desek převládá KCG magmatizmus. Klasifikace podle Barbaina (1999) Schematic cross section of the Himalayas showing the dehydration and partial melting zones that produced the leucogranites. After France-Lanord and Le Fort (1988) Trans. Roy. Soc. Edinburgh, 79, 183-195. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 18\Fig 18-7.jpg Post-kolizní výzdvih •Většinou velká zonální tělesa •Granodiority, granity až alkalické granity rozdílného původu (převážně korové) •klinopyroxen, amfibol, biotit •klasifikaci Pearce et al. (1984) Post-Collision Granites (P-COLG), A-typ, I-typy C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 18\Fig 18-8.jpg Schematický model výzdvihu a extenzního kolapsu orogeneticky zvětšené mocnosti kontinentální kůry: (a) V důsledku subdukce dojde k kolizi dvou kontinentálních bloků a ztluštění kontinentální kůry (a1) nebo dojde ke kompresi kontinentálního oblouku (a2). Oba mechanizmy mají za následek zvětšení mocnosti kůry (b) v obou případech tak vzniká mocná kontinentální kůra v kompresním režimu v níž dochází k metamorfóze. (c) takové pohoří není stabilní a dochází k extenzi a kolapsu kůry což je spojeno s ztenčením litosféry a horká astenosféra se dostává blíže k povrchu. Ztenčení litosféry probíhá jako důsledek delaminace kůry (c1) nebo konvektivní erozí (c2). (d) V důsledku tepelného toku dochází k tavení a vzniku granitových magmat (bimodální postorogenetický magmatizmus s mafickou plášťovou a felzickou korovou složkou). Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. •Během eroze orogénu a postolizního výzdvihu jsou hojné intruze KCG (vápenato-alkalické draslíkem bohaté granitoidy obsahující porfyrické vyrostlice draselného živce) granitů, které bývají spojeny s PAG (peralkalické a alkalické granitoidy) granity v zaobloukových pánvích. •Někteří autoři však do období post-kolizního výzdvihu kladou i vznik části MPG granitů Sylvester (1998). Klasifikace podle Barbaina (1999) •Označení jednotlivých skupin granitoidů a jejich zařazení do geotektonických prostředí vychází z klasifikace Barbaina (1999). 1.MPG- muskovitické peraluminické granitoidy 2.CPG- cordieritické a biotitické peraluminické granitoidy 3.KCG- vápenato-alkalické draslíkem bohaté granitoidy obsahující porfyrické vyrostlice draselného živce. 4.ACG- amfibolické vápenato-alkalické granitoidy 5.ATG- tholeiitické granitoidy oblouků 6.RTG- tholeiitické granitoidy oceánských hřbetů 7.PAG-peralkalické a alkalické granitoidy PAG RTG ACGATG ACG MPG CPG KCG •MPG- muskovitické peraluminické granitoidy Grt-Ms metagranit, Nedvězí •CPG- cordieritické a biotitické peraluminické granitoidy Cdr-Bt granit, Nikaragua •KCG- vápenato-alkalické draslíkem bohaté granitoidy obsahující porfyrické vyrostlice draselného živce durbachit třebíčský pluton •ACG- amfibolické vápenato-alkalické granitoidy Bt granodiorit, budislavský pluton •PAG-peralkalické a alkalické granitoidy Arf. granit, Korzika I. 6. Význam chemického složení pro klasifikaci •Vysoké obsahy Rb a dalších alkalických prvků jsou typické pro kolizní, vnitrodeskové a kontinentální granity (vysoký podíl krustálního materiálu) •Vysoký obsah HFSE (Nb, Y) jsou typické pro oceánské hřbety a vnitrodeskové granity (ve srovnání s kolizními granity a granity vulk. oblouků) Patterns normalized to an ocean ridge granite composition highlight differences between granites Diagramy Nb-Y a Rb-(Nb+Y) Pearce (1996) DMM=Depleted MORB Mantle, LCC, UCC, BCC = Lower, Upper and Bulk Continental Crust •V diskriminačním diagramu se projevuje alterace •Chemické složení granitů je spíše závislé na složení protolitu než na geotektonické pozici •Geotektonická pozice ovlivňuje i mineralizace vázané na granity