Petrografie pro analytické geochemiky Metamorfované horniny Metamorfóza •Obvykle: •Zvýšená teplota •Minerály se zbavují vody, oxidu uhličitého (vyšší metamorfóza vede k sušším horninám) •Minerální zrna jsou větší (hrubší) •Zvýšený tlak •Minerály zvyšují svoji hustotu (vyšší metamorfóza vede k „těžším“ horninám) • •Na kontinentech •Skoro vždy spojená s deformací •Vzniká foliace („metamorfní břidličnatost“), někdy i lineace (usměrnění minerálů v ploše) •Dvě možnosti: •Stlačením = čistý střih (pure shear) •Prokluzem = jednoduchý střih (simple shear) • Vrstevnatost vs. foliace (kliváž) SlatyCleav_Apps_upclose_wo p002 Metamorfní protolit •Protolit představuje původní horninu, která to byla před metamorfózou. Za nižších metamorfních podmínek je stavba protolitu často zachována. Za vyšších metamorfních podmínek původní stavba protolitu setřena metamorfní foliací a rekrystalizací. Na protolit potom usuzujeme jen z chemického složení horniny. •Horniny různého složení (protolitu) se během metamorfózy chovají odlišně, za stejných PT podmínek tedy z hornin různého chemického složení vzniknou jiné metamorfované horniny. Pelity: jedná se o Al bohaté sedimentární horniny (původně jílové minerály, slídy, živce) s vysokým obsahem vody. Vyšší obsah Al2O3 než v jiných horninách, tedy při metamorfóze vznikají charakteristické Al-bohaté minerály: slídy (Ms) kyanit, sillimanit, andalusit, Grt, Tur, staurolit,… Quartzo-Feldspathic: granitoidy, arkózy s vysokým obsahem stabilních křemene a živců a nízkým obsahm minerálů s vodou. Oba stabilní za velkého rozpětí PT podmínek. Při metamorfóze (nižší až střední stupně) tyto horniny značné stabilní, bez výrazných změn. Vápenaté horniny: Ca bohatý protolit. Obvykle vápence, slínovce. S rostoucí metamorfózou vedle karbonátů vznik Phl, Chl, tremolit (Ca-amfibol) za ještě vyšších diopsid (Cpx), forsterit (Mg olivín) wollastonite, grosulár (CaAl granát), Ca plagioklas. • Bazické/ultrabazické horniny: bazalty a gabra/peridotity. Protolit s vysokým podílem tmavých minerálů a plagioklasy bazické. V metamorfovaných horninách rovněž. • Fe-bohaté horniny: Fe-bohaté sedimentární rudy (např. BIF). Při metamorfóze vznik Fe bohatých silikátů (Fe-Mg amfibolů, Fe mastek, hematit, magnetit za nízkých metamorfních podmínek, Fe bohaté olivíny, pyroxeny (Opx, Cpx), granáty za vyšších metamorfních stupňů. • Koncept metamorfních facií •Navržený Eskolou (1915) na základě studia metamorfovaných bazických hornin. •Metamorfní facie je dána skupinou metamorfních minerálů (minerální asociace) vzniklých typicky za daných PT podmínek v horninách různé litologie. Rozlišeno několik facií, jejich názvy podle minerálů, které jsou charakteristické pro metabazika. Ale stejný název facie užíváme i pro horniny jiného protolitu (např. metapelity) metamorfované za stejných PT podmínek společně s těmito metabaziky, i když v těchto horninách (např. metapelitech) nejsou metamorfní minerály, které vznikají v metabazikách a definují tuto facii. Např. ve facii amfibolitové, vznikají amfiboly (hornblend) jen v metabazikách, ale nevznikají v metapelitech. Přesto hovoříme o tom, že tyto metapelity jsou metamorfované v amfibolitové facii (ale jsou tam jiné indexové metamorfní minerály, charakteristické pro metapelity v amfibolitové facii). •Hranice facií jsou definované vznikem/zánikem těchto indexových minerálů v dané metabazické hornině, ne přesnými PT podmínkami. PT podmínky vzniku a zániku jednotlivých minerálů se v závislosti na chemickém složení metabazik mírně liší a tedy pro každý region je pozice PT podmínek jednotlivých facií mírně odlišná. •PP = prehnit-pumpellyitová facie •Metamorfní režimy v různých geotektonických prostředích •1 – kontaktní metamorfóza •2 – reg. metamorfóza v oblasti hornin ostrovního oblouku •3 – reg. met. kolize kontinent-kontinent •4 – metamorfóza stabilních kontinentů •5 - metamorfóza v subdukované oceánské desce pod kontinent Meetamorfní režimy a facie v různých geotektonických prostředích •kolize oceán – kontinent (2 – regionální metamorfóza v ostrovním oblouku, 5 – metamorfóza high P/low T subdukované desky, 1 – kontaktní metamorfóza) •pozor – horniny svrchní části oceánské kůry (bazalty oceánského dna) jsou metamorfované ve facii zelených břidlic –tzv. metamorfóza oceánského dna (nesouvisí s kolizí oceánské desky s kontinentální) Zobrazit zdrojový obrázek VZNIK METAMORFOVANÝCH HORNIN 5 2 1 metamorfované bazalty oceánského dna Srážka kontinentálních desek – kolize kontinent - kontinent Vznik Alp či Himalájí (vrásových pohoří), s intenzivní regionální metamorfózou korových hornin v důsledku komprese (typ 3) a periplutonickou metamorfózou (typ 1) a UHP metamorfózou 3 1 3 UHP Vztah metamorfních režimů a geotektonického prostředí VLGM LGM MGM HGM Koncept metamorfních facií diagenese VLGM - very low grade metamomorphism LGM - low grade metamomorphism MGM - medium grade metamomorphism HGM - high grade metamomorphism UHP metamorphism (mimo toto PT pole) Prográdní a retrográdní metamorfóza •Průběh metamorfózy: •Prográdní metamorfóza (s růstem PT podmínek – ponoření hornin) 1.Studené zasouváno do hloubky → vysokotlaká met. 2.Zahřátí v hloubce →vysokoteplotní met. • •Retrográdní metamorfóza ( s poklesem PT podmínek = cesta hornin k povrchu) •3. Chladnutí a výzdvih → retrográdní met. 1. vysokotlaká 2. vysokoteplotní 3. retrográdní Metamorfóza ve facii zeolitové •Metabazika Minerály: zeolity • •Typická pro oceánské dno • •Metapelity •Žádný indexový metamorfní minerál (nic moc se ještě neděje) Metamorfóza ve facii prehnit-pumpellyitové •Metabazika •Minerály: prehnit + pumpellyit •Prehnit – inosilikát Ca2Al2Si3O10(OH) •Pumpellyit-(Mg) – sorosilikát Ca2MgAl2(SiO4)(Si2O7)(OH)2.(H2O) • •Metapelity •Minerály: fylosilikáty - illit, chlorit Metamorfóza ve facii zelených břidlic •~ 300–450 °C, 1–8 kbar •Název metabazika = zelená břidlice •Minerály: aktinolit (zelený Ca amfibol) + chlorit + albite +/- epidote • •V metapelitech •chlorit + albit + biotit + muscovit +/- andalusite/kyanite +/- chloritoid • Zelená břidlice https://www.alexstrekeisen.it/immagini/diagrammi/greenschist2020.jpg •Chlorit (zelená), aktinolit (amfibol, zelená), albit, muskovit https://www.alexstrekeisen.it/immagini/meta/ssverdee(3).jpg Zelená břidlice •500-750 °C, 4-9 kbar •Metabazika: •Hornina: amfibolit •Minerály: amfibol (hornblend) + plagioclas (andesin) +/- garnet +/- epidote +/- diopside • •Metapelity: •Hornina: rula/migmatit •Minerály: Grt + staurolite + Ms + Bt +/- And/Ky/Sill in metapelites. • Metamorfóza ve facii amfibolitové •Amfibolit - plagioklas, hornblend amphibolite2020(2).jpg Amfibolit amphibolite2020(3).jpg Amfibolit - Pl, Hbl, Grt Neplést s dioritem (vzhledově) - amfibolti má metamorfní stavby, často granát Neplést s amfibolovcem (názvy) = magmatickou h. tvořenou převážně amfiboly •650-1000°C, 5-12 kbar (20-45 km) •Nevyšší stupeň regionální metamorfózy •Metabazika: •Hornina: granulit (mafický) •Bezvodá asociace, Hbl zánik, vznik Opx •Minerály: Pl + (Opx) + diopside (Cpx) + Grt + Sp •Bazické složení •Metapelity, metagranity •Hornina: granulit felsický •Al-bohatý v případě protolitu – metapelitu (s Al2SiO5) •Bezvodá asociace (není Ms) •Ve sp. granulitové ještě může přežít trocha Bt •Mesoperthit (Kfs + Pl) + Al2SiO5/Cdr + Grt +/- Opx Metamorfóza ve facii granulitové Felsický granulit granulite2020(1).jpg Granulit Zobrazit zdrojový obrázek mafický granulit PPL, mafický granulit, Pl, Cpx (zelený), Opx (růžový), Grt (narůžovělý) https://www.alexstrekeisen.it/immagini/meta/granulitemafica(2).jpg XPL, mafický granulit, Pl, Cpx, Opx Granulit •<500°C, P > 6 kbar, 30-60 km •metabazika: •Hornina: modrá břidlice •(a) lawsonit-albitová subfacie: Glaukofán (Na amfibol) + lawsonite + Ab + Chl. •(b) subfacie epidot-modrých břidlic: glaucophane (Na amfibol) + epidote + Chl/Grt + phengite+ Ab • •metapelity: •chloritoid + paragonite (Na slída)+ Chl + phengite + mastek • •phengite (Mg,Fe bohatý muskovit) místo biotitu • • Metamorfóza ve facii modrých břidlic S růstem P, glaukofán (+Ab) přechází na omfacite (Na Cpx) a Chl na Grt (přechod do eklogitové facie Zdroj fluid pro tavení pláště nad sudukční zónou Modrá břidlice blueschist2020(1).jpg Modrá břidlice s galukofánem blueschist2020(4).jpg Modrá břidlice s modrých galukofánem Ab a Grt Modrá břidlice s galukofánem (modrý) epidotem (výrazný reliéf), křemenem (čočka) Modrá břidlice •Metabazika •Hornina - Eklogit: •Minerály: Grt (Mg-rich almandin) omfacit (Na-Ca-Al-Mg klinopyroxen) •± Kyanit ± křemen ± phengit ± rutil •Neobsahuje Pl Metamorfóza ve facii eklogitové High-T (>900°C) – v asociaci s plášťovými horninami, UHP medium-T (900–550°C). V asociaci s rulami, granulity (kolize kontinent-kontinent) low-T (<550°C) – oceánská deska, subdukce oceánské desky pod kontinent eclogite2020(6).jpg Eklogit – omfacit, granát, křemen eclogite2020(1).jpg Eklogit – omfacit, granát, křemen a phengit (světle hnědý) Eklogit Kontaktní metamorfóza - rohovce Kontaktní aureola kolem granitové intruze a facie kontaktních rohovců. hornfels2017.jpg Metamorfóza sedimentů - metapelity Sedimentární horniny Jíl (clay) - jílovec (claystone) – jílová břidlice (shale) Metamorfované horniny „Pokrývačská břidlice“ (slate) Fylit (phyllite) - sericit Svor (mica-schist) – muskovit Rula (gneiss) – draselný živec částečně natavení ruly (amfibolitová facie) = Migmatit (migmatite) – – část světlá = roztavená – část tmavá = neroztavený (restit) Silné roztavení ruly – tavenina – migrace - Granit Granulit - granulitová facie; Opx •indexové minerály - přítomnost těchto minerálů může indikovat: •metamorfní podmínky  •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 (střednětlaká metamorfóza, (dráha 3)) • podle zvyšujícího metamorfního stupně vstupují další (indexový) minerál: chlorit – biotit – granát – staurolit – kyanit – sillimanit •později byla definována další posloupnost pro nízkotlakou metamorfózu (dráha 2) v oblasti Buchan • posloupnost minerálů: biotit – cordierit – andalusit – sillimanit Metamorfóza sedimentů - metapelity Metamorfní zóny v metapelitech • •Oproti tomu, jiné minerály mohou v pelitech být v širokém rozmezí PT podmínek a nehovoří tedy o podmínách metamorfózy • •Např. křemen, plagioklas, turmalín, muskovit Metamorfóza sedimentů - metapelity Fylit •Jemnozrnná hornina, vzniklá rekrystalizací břidlic (pelitů) v podmínách nízkého stupně metamorfózy, větší velikost zrna než pelity (nižší část facie zelených břidlic) •Výrazná foliace (uspořádání fylosilikátů) • •Chloritová zóna: metamorfované břidlice se mění na fylity • Minerální složení (blízké břidlici): muskovit, chlorit, a křemen, albit. • •Biotitová zóna: ve fylitech se objevuje biotit který je v asociaci s chloritem, muskovitem, křemenem a albitem • •Akcesorie hojné: magnetit, pyrit • phyllite2020(2).jpg Fylit Krenulační kliváž ve fylitu Svor = mica schist / rula = gneiss vzniklá rekrystalizací břidlic (pelitů) v podmínách nízkého stupně metamorfózy, větší velikost zrna než pelity (nižší část facie zelených břidlic) Výrazná foliace (uspořádání fylosilikátů v důsledku působení tlaků – při kpmpresi při kolizi nebo tlakem nadloží) = schistosity Metamorfní reakce s rostoucími podmínkami metamorfózy vede ke snižování foliace v důsledku růstu nových minerálů (zejména živců) na úkor fylosilikátů a zvětšování velikosti zrna. U ruly (pararula) málo fylosikátů (není nazýváná schist). Vznik nových minerálů s růstem metamorfních podmínek (vedle Ms, Chl, Qz): chloritoid, biotit, granát, staurolit, cordierit, andalusit, kyanit často tvoří porfyroblasty v základní hmotě s převahou fylosilikátů. časté inkluze v porphyroblastech - indikující dřívější minerální asociace, vzniklé během vývoje horniny a růstu porfyroblastu. Vznik jednoho minerálu na úkor jiného, tedy vznik nového může vést k kompletnímu zániku předešlého. V matrix obvykle minerály reekvilibrují na asociaci stabilní za daných PT podmínek Svor = mica schist / rula = gneiss •Granátová zóna: Svory až ruly obsahují porfyroblasty granátu v základní hmotě složené z biotitu, chlorit, muskovit, křemen a albit až oligoklas. • •Staurolitová zóna: Svory až ruly se staurolitem, biotitem, muskovitem, křemenem, granátem a plagioklasem. Může být přítomen chlorit ale jen v malém množství. • •Kyanitová zóna: Svory až ruly s kyanitem, staurolitem, biotitem, muskovitem, křemenem, granátem a plagioklasem. Není chlorit • •Silimanitová zóna: Svory až ruly se silimanitem, dále biotit, muskovit, křemen, granát a plagioklas. Někdy může být přítomen staurolit a relikty kyanitu. •granátický svor • • • •Kyanitový svor Svor = mica schist schist2020(10).jpg schist2020(11).jpg Zobrazit zdrojový obrázek staurolitový svor s Grt muskovitický svor s turmalínem Svor = mica schist https://www.mineral-forum.com/message-board/files/trm_008_copia_785.jpg Okatá rula, oka živců, dále křemen a Bt gneiss2020(2).jpg Rula Rula s růžovým K-živcem, křemenm a Bt gneiss2020(1).jpg Vizuální vyhledávací dotaz Granátická rula, Bt, Qz, živce Rula https://www.mindatnh.org/gallery%20photos/Sillimanite%206.jpg •sillimanitická rula, Grt, Bt, Qz, živce •T 800-900 °C; P >7 ; minimálně 20 km pod zemským povrchem. •Migmatity jsou vysoce metamorfované horniny s typickou páskovanou stavbou, kde došlo k částečnému natavení, ale vzniklá tavenina nebyla zcela segregovaná a neunikla mimo horninu. •Tmavé pásky (tzv. restit) obsahují neroztavené minerály metamorfované horniny (granát, Opx, cordierit, spinel; ale i zbytek Bt či světlých min.) •světlé partie představují krystalizaci nových minerálů z taveniny (křemen, živce). •Vzhledem k přítomnosti produktů tavení tvoří migmatity přechod od přeměněných hornin k horninám vyvřelým. •Světlé minerály, jako například křemen nebo živec, se taví za relativně nižších teplot než tmavé minerály •Směs roztavených a dosud pevných minerálů se rozděluje do zřetelně odlišných pásků, které se s nabývajícím podílem taveniny propojují. Nepravidelná tloušťka světlých a tmavých pásků, jejich provrásnění a usměrnění mají původ v orientovaném tektonickém napětí, tj. tlaku, který vyvolaly procesy deskové tektoniky při kolizi kontinentů. • Migmatity – natavení metapelitů Dehydratační tavení hornin (nejčastěji metapelitů) - kolize kontinent-kontinent (při metamorfóze – amfibolitová/granulitová facie a tavení hornin) a Dehydratační tavení metapelitů Protože v metapelitech (amfibolitová/granulitová facie), v nichž dochází k natavení, množství fluid v hornině nízké, je nutná pro tavení přítomnost minerálu se zvýšeným obsahem vody, většinou slíd. Voda, která se uvolní ze slíd sníží teplotu tavení a hornina se začne tavit. Dehydratační tavení muskovitu - produkují malé množství taveniny, hornina s 25 obj.% muskovitu vyprodukuje max. 11-12 hm.% taveniny dehydratační tavení biotitu - velmi efektivní pro vznik taveniny, především pro velké rozšíření biotitu v horninách zemské kůry Např. reakce v subsolidu při metamorfóze hornin s biotitem (biotit zaniká) uvolňuje vodu Qz + Bt + Ab = Kfs + Opx + H2O V metapelitu vzniká 30-60 % taveniny při teplotě 800-900 °C a tlaku asi 7 kbar Migmatity – natavení metapelitů •Pokud při natavení nedošlo k segregaci a úniku taveniny, vzniká migmatit (obvykle při nižším procentu taveniny) = smíšená hornina, pásky restitu a taveniny •Pokud při natavení dojde k segragaci a úniku taveniny vzniká restit - Al bohatý granulit (granulit sedimentárního původu) tvořený převážně granátem, ortopyroxenem, cordieritem, (akcesorie spinel) a tavenina (v případě tavení metapelitů kyselá), která migruje a utuhne výše jako těleso S-typových granitoidních hornin. Migmatity – natavení metapelitů Migmatit, výchoz, Sand River, S. Africa gneiss2020(6).jpg Migmatit Zobrazit zdrojový obrázek •Migmatit, tmavý granáty bohatý restit • •UHP metamorfóza odpovídá tlakům při zdvojení tloušťky kontinentální kůry při subdukci kontinent-kontinent. •Rozdělení pole eclogitové-facie na nížetlakou (stabilní křemen) UHP pole (coesit stabilní). •Často pozorovaný výskyt nanodiamantů •Horniny UHP spolu: eklogity, granátické peridotity, granulity UHP UHP metamorfóza kolize kontinent - kontinent Metamorfóza vápenců Nečisté vápence – příměs křemene a jiných sedimentárních částic (např. jíl) – vznik řady minerálů (silikátů) 01orogenic_dolomite.png Grafy pro stabilitu fází při regionální metamorfóze mramorů 02orogenic_calcite.png Dolomitické mramory Kalcitické mramory Metamorfóza vápenců Grafy pro stabilitu fází při kontaktní metamorfóze mramorů (neuplatňuje se rostoucí tlak, jen teplota) Dolomitické mramory Kalcitické mramory 03contact_dolomite.png 04contact_calcite.png Metagranity/ortorula •Ortorula – rula, jejíž protolit je granit, obvykle leukokrátnější (světlejší) než pararula •produkt regionální metamorfózy křemen-živcových hornin, tedy kyselých a intermediárních magmatitů v amfibolitové facii •Za nižších metamorfních podmínek nedochází k mnoha změnám (příliš leukokratní a suché) •Jde o hrubo- až střednozrné, výrazně břidličnaté horniny •Minerály: křemen, Bt, Ms, Kfs, Pl, granát (odlišné složení od magmatického, je rovněž almandin-spessartinový, ale má vyšší obsahy pyropové a grosulárové komponenty), turmalín, kyanit, amfibol. •Felsický granulit – produkt regionální metamorfózy křemen-živcových hornin (granitoidů), v granulitové facii (viz. granulitová facie). Minerály: mesoperthit (Kfs + Pl), Al2SiO5 (Ky, Sill), Cdr, Grt +/- Opx • Ortorula •Stébelnatá ortorula Zobrazit zdrojový obrázek Zobrazit zdrojový obrázek Turmalinická ortorula