Termobarometrie



Metamorfní facie
•minerální asociace v metamorfních horninách jsou zejména výsledkem složení horniny (litologie,
protolit) a intenzity metamorfózy (teplota, tlak…)
•
•proto jsou minerální asociace a složení koexistujících minerálů používány pro kvantifikaci P-T
podmínek
•
•od minulosti do současnosti užíváno několik metod, jejichž principem jsou fázové rovnováhy

1)Petrogenetické mřížky a 2)kompatibilitní diagramy
1)P-T (P-X) diagramy pro zjednodušený systém (např. KFMASH, metapelity) – zobrazují univariantní
reakce a invariantní body v daném systému = u konkrétní horniny se projevují jen některé z nich v
závislosti na konkrétním složení
2)
2)nejčastěji trojuhelníkové, či binární diagramy pro P, T = konst., které ukazují možné stabilní
minerální asociace v závislosti na proporcích proměnných systémových komponent  (např. AFM diagram)

•C
•570°C
•6.3 kbar
•B
•551°C
•6.1 kbar
•KFMASH (Wei et al., 2003), +qz, ms
•
•
•
•
•
•
•
•
•B→C v železnatých horninách byla překročena granátová (almandin), izográda zatímco ve více
hořečnatých granát nevzniká

Fig-27-8.jpg
Konvenční termobarometrie:
Rovnováha GASP v CaO-Al2O3-SiO2
•F = C – P + 2
•
•
•koexistence 4 fází (granát-grossular, kyanit, křemen, plagioklas-anortit je možná pouze podél
univariantní křivky)
•

Konvenční termobarometrie:
Rovnováha GASP v CaO-Al2O3-SiO2
•pro takovouto rovnováhu platí ΔrG = 0, kde ΔrG = 0 = μGrs + 2μKy + μQz - 3μAn
•neboli součet Gibsových funkcí reaktantů je roven součtu Gibsových funkcí produktů
•v tomto případě jsou reaktanty a produkty ve standardním stavu (jednotková aktivita), píšeme
•
•ΔrG°= 0 = μ°Grs + 2μ°Ky + μ°Qz - 3μ°An
•
Fig-27-8.jpg

Rovnováha GASP v Na2O-CaO-FeO-Al2O3-SiO2
•F = C – P + 2
•
•koexistence 4 fází (granát-Ca,Fe, kyanit, křemen, plagioklas-Ca,Na je již možná v rámci
di(/tri)variantního pole)
Fig-27-9.jpg

•pro rovnováhu stále platí ΔrG = 0, kde ΔrG = 0 = μGrs + 2μKy + μQz - 3μAn
•
•aktivity grossularu a anortitu již nejsou jednotkové:
•ΔrG = ΔrG°+RTlnK
•kde hodnota K je dána aGrs/(aAn)3
•zjednodušeně tedy distribucí Ca-Al-Si mezi plagioklas a granát
•
Fig-27-9.jpg
Rovnováha GASP v Na2O-CaO-FeO-Al2O3-SiO2

Rovnováha GASP v Na2O-CaO-FeO-Al2O3-SiO2
•každá hodnota K představuje v P-T diagramu univariantní křivku
•P-T podmínky tedy řídí distribuci Ca-Al-Si mezi plagioklas a granát a ze složení plagioklasu a
granátu v hornině lze určit polohu pro jejich univariantní rovnováhu v P-T diagramu
•
•
•
Fig-27-9.jpg

Konvenční termobarometrie
•Reakce GASP je poměrně citlivá na tlak. Naopak, některé jiné reakce jsou citlivé více na teplotu,
typicky např. výměna Mg-Fe mezi granátem a biotitem. Při termobarometrii se kombinují rovnováhy
citlivé na tlak* (tzv. barometry) s těmi citlivými na teplotu (termometry). Univariantní rovnováhy
spočítané pro rovnovážnou minerální asociaci se ideálně v P-T prostoru protnou v invariantním bodě
odpovídajícímu podmínkám ekvilibrace.
•
•
•
•
•
•
Fig-27-11.jpg
•citlivé na tlak jsou reakce s výraznou změnou objemu ΔrV°
•na teplotu jsou naopak reakce s výraznou změnou ΔrS a ΔrH

Konvenční termobarometrie
•ΔrG lze v termobarometrii vyjádřit pomocí měřitelných veličin:
•
•
•kde ΔrH°, ΔrS° (+- ΔrV°) lze pro danou reakci v určitém rozpětí P-T podmínek považovat za
konstantní (hodnoty jsou uvedeny u každého termobarometru) a termodynamická aktivita
(reprezentovaná v rovnici KD a Kγ) je vypočtena ze složení minerálů a aktivitního modelu* pro danou
fázi
•* aktivitní model je matematické vyjádření vztahu mezi koncentrací složky a její aktivitou
•
•obecné vyjádření rovnovážné konstanty pro reakci aA + bB = cC + dD
•
•
•
•
•

Termodynamické modelování pseudosekcí
•v současné metamorfní petrologii velmi rozšířená metoda
•
•nejčastěji jde o P-T diagram, který zobrazuje stabilní minerální asociace pro konstantní složení –
vhodné, pokud probíhá metamorfní vývoj v uzavřeném systému a mění se P a T

Termodynamické modelování pseudosekcí
•Kvantitativní informace:
•modelování izoplet
•stabilita chloritu v metadrobě
•XFe v chloritu
•mód křemene

Termodynamické modelování pseudosekcí
•použití při termobarometrii:
•namodelování pseudosekce pro konkrétní horninové složení
•srovnání pozorované minerální asociace s polohou v modelu
•srovnání kvantitativní (složení pozorované vs modelované)
•eventuelně se nabízí komplementárně využít konvenční termobarometrii
•
•komplexní studium metamorfního vývoje = MODELOVÁNÍ ZDALEKA NESLOUŽÍ JEN PRO TERMOBAROMETRII!!

Termodynamické modelování pseudosekcí
•komplexní studium metamorfního vývoje, metamorfních reakcí = MODELOVÁNÍ ZDALEKA NESLOUŽÍ JEN PRO
TERMOBAROMETRII!!
•v hornině se nachází asociace
•g+cd+kfs+q
•
•kde se vzaly inkluze silimanitu v granátu?
•
•granát je nahrazován ortopyroxenem
•
•granát je retrogresován biotitem

Rozpustnost stopových prvků v (horninotvorných) minerálech
•Zr v rutilu
•Ti v zirkonu
•Ti v křemeni
•a další
•
•asociace
•Rt+Zrn+Qz
•obsah Zr v rutilu v asociaci s Zrn+Qz je pufrován
•Tomkins et al., 2007
•Zr v rutilu