Mineralogie pro analytické geochemiky karbonáty, sulfáty, halovce, fosfáty, oxidy, sulfidy, prvky KARBONÁTY •Karbonáty - běžné minerály zemské kůry. •Základem struktury karbonátů jsou aniontové skupiny (CO3)-2 Tvar koordinačního polyedru je – planární trojúhelník. • Struktura karbonátů (kalcitu). Základem struktury jsou atomy uhlíku v trojčetné koordinaci s kyslíkem tvořící trojúhelníkové skupiny kolmé na osu c. V mezivrstevních rovinách aniontových skupin jsou uloženy ionty Ca (Mg, Fe, Mn, Zn) v šestičetné koordinaci s kyslíky. základní kostra struktura karbonátů Dělení karbonátů: podle přítomnosti /nepřítomnosti vody ve struktuře (bezvodé a vodnaté). bezvodé karbonáty se dělí na skupiny: řada kalcitu, aragonitu a dolomitu. •Skupina kalcitu - izostrukturní minerály • kalcit CaCO3 • magnezit MgCO3 • siderit FeCO3 • rodochrozit MnCO3 • smithsonit ZnCO3 • •za vyšších teplot existuje dokonalá izomorfní mísitelnost mezi Ca, Mg, Fe, Mn, méně běžnými substituenty jsou Zn, Ba, Sr nebo Pb. • •Krystaly klencové nebo skalenoedry, trigonální soustavě •Častěji ale jako agregáty kusové, zrnité, stébelnaté, oolity, krápníky •Relativně snadno rozpustný - často zatlačován křemenem, chalcedonem nebo limonitem KARBONÁTY stébelnatý agregát kalcitu Stébelnatý agregát kalcitu kusový agregát kalcitu kusový agregát kalcitu Zobrazit zdrojový obrázek Krystaly kalcitu dvojlom kalcitu Kalcit CaCO3 •Barva: bílá, šedá, žlutá, načervenalá, namodralá, vzácně čirý – bezbarvý (tzv. „islandský vápenec“ s viditelným dvojlomem). •Štěpnost dokonalá podle klence •jeden z nejrozšířenějších minerálů povrchu zemské kůry • •hlavním horninotvorný minerál v chemogenních i organogenních sedimentech (vápence), travertiny – hornina tvořená kalcitem srážející se ve sladkých vodách (např. potocích), cicváry (konkrece v sedimentech), krápníky, sintry •V metamorfovaných horninách - krystalické vápence (mramory) •Ca-kontaktních skarnů - na styku granitoidů s mramory. •V magmatických horninách vzniká primárně jen ve speciálních případech (karbonatity), ačkoli karbonatitové taveniny jsou často přítomné v podmínkách svrchního pláště (ale obvykle se nedochovají do povrchových podmínek) a vznikají při nízkoprocentním tavení plášťových hornin tvoří druhotné žilky, •V magmatických horninách obvykle často jako nemagmatický - výplně dutin (z fluid) nebo sekundární při zvětrávání bazických plagioklasů. •typickým hlušinovým minerálem hydrotermálních žil, může tvořit i samostatné žíly v různých typech hornin •Je důležitým biogenním minerálem, který buduje pevné schránky mnoha organismů. •Kalcit je důležitý průmyslový minerál v rámci svých hornin (vápenců a mramorů). Používá se k výrobě vápna, cementu nebo jako stavební kámen. • • • • Magnezit MgCO3 •Barva: bílá, šedá, žlutá •Štěpnost podle klence •Krystaly jsou vzácné (romboedrického typu), Běžné jsou hrubě zrnité, celistvé či stébelnaté agregáty, ve zvětralinách serpentinitů (peridotitů) má charakter hlíz a konkrecí. •Ložiska magnezitu (tvořené převážně minerálem magnezitem) jsou metasomatického původu •zvětráváním serpentinitů. •v evaporitech vysrážením z vody, většinou klencové krystaly v dutinách sedimentů. jsou vzácné •Je stabilní v podmínkách UHP metamorfózy plášťových hornin – kde spolu s dolomitem může tvořit krystalky • •Magnezit je důležitý průmyslový minerál k výrobě žáruvzdorných hmot. • • • • • • hrubě zrnitý agregát magnezitu Fyzikální vlastnosti: Hustota – 4 g/cm3 Barva –žlutavě hnědý, hnědý, červenavě šedý, zelenavě šedý. Štěpnost – dokonalá dle ploch romboedru Krystalochemie: Siderit krystaluje v trigonální soustavě Běžně zvýšený obsah Mg méně Ca, Mn, Ba, Sr, Zn aj. Vzhled v přírodě: Siderit je nejčastěji složkou hydrotermálních ložisek spolu s dalšími minerály Fe (hematit), sulfidy a sulfosolemi Sb, As, Bi, Ag apod. Zde může tvořit v dutinách tence až tlustě romboedrické krystaly. Bývá součásti sedimentárních Fe-rud, Tvoří i tzv. pelosiderity (konkrece v uhlonosných sedimentech). Někdy radiálně paprsčitý. Siderit FeCO3 Fyzikální vlastnosti: Hustota – 2,8-2,9 g/cm3 Barva –bezbarvý, bílý, šedobílý, růžový, hnědavý, šedý Štěpnost – dokonalá dle ploch romboedru, Krystalochemie: Magnezit krystaluje v trigonální soustavě Běžně zvýšený obsah Fe, méně pak Mn, Ba, Sr, Zn aj. Vzhled v přírodě: Dolomit je velmi běžnou součástí vápenců spolu s kalcitem, kde je celistvý nebo jemně krystalický. Metamorfózou i dolomitické mramory popř. další metakarbonátové horniny. Bývá i hydrotermální v rudních žilách magmatický v Mg-bohatých karbonatitech, ale i v peridotitech, kde doklad silikát-karbonátových magmat v plášti V dutinách tvoří klencové až čočkovité krystaly, někdy sedlovitě zprohýbané. Dolomit CaMg(CO3)2 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 3 g/cm3 Barva – hnědý, žlutohnědý, šedý, šedobílý Štěpnost – dokonalá dle ploch romboedru Krystalochemie: Ankerit krystaluje v trigonální soustavě Většinou malá příměs Mg, Mn. Vzhled v přírodě: Ankerit je součástí některých metamorfovaných Fe-ložisek spolu se sideritem (páskované Fe rudy). Magmatogenní v některých typech karbonatitů. Hydrotermální na rudních polymetalických žilách. V dutinách krystaly tvaru romboedru, běžný je čočkovitý habitus. Většinou však celistvý, jemně až hrubě krystalický. Ankerit CaFe(CO3)2 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 2,9 g/cm3 Barva – bezbarvý, bílý, šedo-, žlutobílý, fialový, hnědý Štěpnost – nevýrazná dle {010}, Krystalochemie: Aragonit krystaluje v rombické soustavě Většinou jen malá příměs Fe, Mg, Mn, Ba a Sr. Vzhled v přírodě: Jde o výšetlaký polymorf CaCO3, vyskytuje se ve HP metamorfovaných karbonátových sedimentech, je metastabilní, vzniká hydrotermálně za vyšších teplot v rudních nebo karbonátových žilách, dutinách vulkanitů nebo v jeskynních výplních. Tvoří sloupcovité až jehlicovité krystaly popř. pseudohexagonální polyčetné srostlice. Aragonit CaCO3 Cu3(CO3)2(OH)2 resp. Cu2(CO3)(OH)2 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 3,8 g/cm3 Barva – různé odstíny modré resp. zelené Krystalochemie: Oba krystalují v monoklinické soustavě Vzhled v přírodě: uhličitany Cu, vznikající výhradně v oxidických podmínkách. Nejběžněji jako sekundární minerály primárních minerálů Cu (chalkopyrit, kuprit, aj.) na trhlinách, v dutinách nebo jako pseudomorfózy (malachit často po azuritu). V dutinách tvoří azurit často dokonalé krystaly sloupcovitého habitu, malachit spíše vzácněji, drobné nebo jehlicovité krystaly, radiálně paprsčité agregáty až celistvé masy s kolomorfní stavbou (ozdobný kámen). Karbonáty – Azurit, malachit CaSO4 . 2H2O Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 2,3 g/cm3 Barva – bezbarvý, bílý, nažloutlý, medový, šedý, hnědý Štěpnost – dokonalá dle {010} Krystalochemie: Krystaluje v monoklinické soustavě Vzhled v přírodě: Sádrovec je typickým minerálem evaporitů v asociaci s halitem, sylvínem, anhydritem a karbonáty. Zde masívní (alabastr) až hrubě krystalický, někdy vláknitý (selenit), v dutinách lištovité až čočkovité krystaly někdy značných rozměrů. Dále v jíl. sedimentech ve formě konkrecí nebo dokonalých krystalů a jejich srostlic (někdy tzv. vlaštovčí ocasy“). Na rudních žilách vzniká alterací sulfidů, zejména pyritu Sulfáty – Sádrovec CaSO4 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 3 g/cm3 Barva – bílý, modravý, šedý Krystalochemie: Krystaluje v rombické soustavě Vzhled v přírodě: Anhydrit bývá součástí evaporitů apod. sedimentů,vzácněji na uhelných ložiscích, vyskytuje se v dutinách bazaltů, popř. rudních žil. Tvoří jemnozrnné masy popř. krystalické agregáty s výraznou štěpností a perleťovým leskem na plochách štěpnosti, v dutinách tabulkovité až sloupcovité krystaly. Sulfáty – Anhydrit BaSO4 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 4,5 g/cm3 Barva – bezbarvý, bílý, nažloutlý, hnědý, modrý, medový, růžový Štěpnost – dokonalá dle {010} Krystalochemie: Krystaluje v rombické soustavě Vzhled v přírodě: Baryt se vyskytuje zejména hydrotermálních žilách (samostatné fluorit-barytové žíly) popř. na rudních polymetalických žilách jako součást běžně je v sedimentárních horninách (evapority, konkrece v jílech) hlušiny s karbonáty a křemenem. vzácně v magmatických horninách (např. karbonatity – zvýšený obsah Sr Bývá celistvý a polykrystalický s výraznou štěpností, v dutinách tabulkovité, čočkovité až sloupcovité krystaly. Sulfáty – Baryt Halit NaCl Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 2,17 g/cm3 Barva – bezbarvý, bílý, šedobílý, namodralý, narůžovělý, Rozpustný ve vodě! Krystalochemie: Krystaluje v kubické soustavě, Vzhled v přírodě: Minerál zejména evaporitů v asociaci se sulfáty a karbonáty. Ve formě celistvých mas, polykrystalických agregátů, krápníků, běžné jsou krystaly ve tvaru krychle, někdy kostrovité, modrá barva způsobena deformacemi v krystalické mřížce. Halovce Bezkyslíkaté sloučeniny prvků s halogenindy Fluorit CaF2 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 3,1 g/cm3 Barva – bezbarvý, bílý, modrý, zelený, fialový, žlutý, růžový, červený, hnědý, černý, běžně barevně zonální, průhledný, průsvitný Krystalochemie: Krystaluje v kubické soustavě Vzhled v přírodě: Minerál zejména hydrotermálních fluoritových žil a ložisek v asociaci s barytem, kalcitem, sulfidy. Hydrotermální na rudních ložiskách, v dutinách pegmatitů, alpských žilách, ve skarnech, magmatogenní vzácně v pegmatitech a některých alkalických ložiskách spolu s dalšími fluoridy s Al (např kryolit apod.). Celistvý, „vrstevnatý“, polykrystalický, v dutinách krystaly nejčastěji tvaru krychle, v kombinaci s osmistěnem nebo rombickým dvanáctistěnem. Halovce Křemen SiO2 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 2,6 g/cm3 Barva – bezbarvý, bílý, šedobílý, hnědý, černý, fialový, nažloutlý, růžový, červená popř. zelená barva je způsobena vlivem inkluzí. Krystalochemie: Krystaluje v trigonální soustavě Vzhled v přírodě: Jeden z nejhojnějších minerálů v přírodě Magmatické horniny: kyselé až intermediální (granit,granodiorit, ryolit, pegmatity) Metamorfované horniny (fylity, svory, ruly, migmatity) v klastických sedimentech (písky, pískovce, droby Chemogenní sedimenty – konkrece, opály Celistvý, velké masy v pegmatitech, v rudních žilách, valouny ve štěrcích. Oxidy Polymorfní modifikace SiO2 •Křemen nižší (α křemen) - trigonálně trapezoedrický •Křemen vyšší (β křemen) - hexagonální •(teplota fázového přechodu obou modifikací křemene je 573°C za atmosférického tlaku). • •vysokoteplotní a nízkotlaké modifikace (tridymit a cristobalit) – v dutinách kyselých vulkanitů (Nezdenice) •vysokotlaké modifikace (coesit, stišovit) – v meteorických kráterech, vznikají při impaktu (dopadu velkých meteoritů - kráter Ries, Bavorsko), ale i UHP metamorfovaných horninách (granulitech, eklogitech) – jeden z dokladů UHP metamorfózy • •Krystalová struktura α křemene je blízká tektosilikátům – tetraedry SiO4 propojené do prostorové sítě Hmoty SiO2 – chalcedony •Mikrokrystalické, navenek amorfní hmoty •mají agregátní struktury, složené z submikroskopických vláken, zrn a tyčinek, při RTG- analýze odpovídají křemenu. •Variety – achát, jaspis, onyx, karneol. Opál (SiO2 . n H2O) •morfologicky i vnitřní stavbou amorfní hmota •hydratovaný SiO2 •obsah vody 4-9% •je složen z malých kuliček o velikosti asi 100 nm (vnitřní stavba). V drahém opálu toto uspořádání láme a rozkládá světlo a způsobuje ohnivý barevný třpyt. • Opál drahý • Oxidy - skupina spinelu (spinelidy) •časté akcesorické minerály plášťových i korových hornin •mohou tvořit i ekonomicky významná ložiska (magnetit, chromit) •průhledné a barevné zajímavé variety již od starověku patří mezi ceněné drahokamy •význam pro petrogenezi hornin - např. interpretaci PT podmínek hornin (geotermometry) • Skupina spinelu (spinelidy) •AB2O4 • •Kubický, prostorová grupa Fd-3m •Často krystalový tvar – nejčastěji osmistěn, vzácněji dvanástistěn kosočtverečný, vzácně čtyřstěn, (a jejich jednoduché či komplikované spojky) •Hojně i zrnité agregáty nebo kusový •Oktaedrická štěpnost – špatná a lasturnatý lom •Tvrdost 8, •Hustota 3.5-4.1 • •Spinelidy se dělí na základě dominantního trojmocného ionu v B-pozici do tří řad: •Řada spinelu (B = Al) •Řada magnetitu (B = Fe3+) •Řada chromitu (B = Cr) Struktura minerálů ze skupiny spinelu •Obecný vzorec AB2O4 • •A-pozice: Mg, Fe2+, Zn, Mn, Ni - dvojmocné •B-pozice: Al, Cr, Fe3+, V, Ti – trojmocné kat. • • • •Struktura - z kubicky uspořádaných kyslíků (nejtěsnější uspořádání kyslíků), v nichž je kationy obsazena jedna čtvrtina tetraedrických pozic (pozice A) a polovina oktaedrických pozic (pozice B) •Spinelidy s tzv. „normální a inverzní strukturou“ •U „normální struktury“ (npř. MgAl2O4) je méně zastoupený kation (obvykle dvojmocný A2+) okupuje 1/4 tetraedrických pozic A a více zastoupený kation (obvykle trojmocný B3+ ) okupuje polovinu oktaedrických pozic B. •U „inverzní struktury“(např. FeFe2O4) vstupuje méně zastoupený kation do pozice B (když kationy A2+ silně preferují oktaedrickou pozici) a více zastoupený kation je rozdělen mezi pozice A a B. spinel_structure A-pozice B-pozice Spinelidy •Řada spinelu (B = Al) • • • • • • • • •Řada chromitu (B = Cr) název T-pozice O-pozice charakter struktury Hercynit Fe2+ Al2 Normální Spinel Mg Al2 Normální Gahnit Zn Al2 Normální Galaxit Mn0,71Al0,29 Mn0,29Al1,71 29% Inverzní název T-pozice O-pozice charakter struktury Chromit Fe2+ Cr2 Normální Magnesiochromit Mg2+ Cr2 Normální Spinelidy •Řada magnetitu (B = Fe3+) – • • • • • • •Ti-spinely • Někdy se přiřazují k Fe-spinelům, ale na rozdíl od nich neobsahují Fe3+ • Název T-pozice O-pozice Charakter Ulvöspinel Fe2+ Fe2+Ti4+ 100% inverzní Quandilit Mg2+ Mg2+Ti4+ 100% inverzní název T-pozice O-pozice charakter struktury Magnetit Fe3+ Fe2+Fe3+ Inverzní Magnesioferrit Mg0,1Fe3+0,9 Mg0,9Fe3+1,1 Z 90% inverzní Franklinit Zn Fe3+2 Normální Jaccobsit Mn0,85Fe3+0,15 Mn0,15Fe3+1,85 Z 15% Inverzní Trevorit Fe3+ Fe3+Ni Inverzní Spinelidy •Velmi dobrá mísitelnost za vysokých teplot mezi jednotlivými spinelidy i v různých řadách (Fe, Al, Cr, Ti spinely) • •Často tvoří isomorfní směs mnoha koncových členů např. spinel-hercynit-chromit-magnetit; chromit-hercynit-magnetit-franklinit • •Často jsou spinelidy výrazně zonální – vývoj přes několik koncových členů; nebo různých generací v rámci jedné horniny • • • • • • • • • • • • • • • => Problém s terminologií – jak je jednoduše nazvat? graf Cr spinely ukazka Al- a Cr-spinelidy •Barva – spinel - čirý, často je zbarvený – barva v závislosti na příměsi; modravý (Co) či ceylonit (s Fe2+), zelený (s Fe3+), červený chromspinel (s Cr); chromit, ulvospinel - černý • •Typický vysokoteplotní minerál metamorfovaných a magmatických hornin •Často se vyskytuje v metamorfovaných dolomitických vápencích (mramorech) spolu s diopsidem a forsteritem (např. v pestré jednotce moldanubika - minerální asociace Cal+Dol+Fo+Sp+Phl+Ch+Cho - (Čopjaková et al. 2008) – směs spinel-gahnit; 660-730°C, 3-4 kbar (Novák 1989)) •Mg-bohaté skarny (spinel) •Zn-bohaté skarny (gahnit) •Dále přítomen i v granulitech (řada spinel-hercynit) či HT metapelitech •Ale i bazických a ultrabazických horniny plutonické (řada spinel-magnesiochromit) •Ale i bazických a ultrabazických horniny vulkanické (řada spinel-magnesiochromit, ulvospinel, hercynit; magnetit) •Pegmatity (spinel-gahnit) •Je typickým minerálem aluvií (vysoká tvrdost, hustota, mechanická a chemická odolnost), kde doprovází jiné drahokamové nerosty. U nás v pyropových štěrcích v Českém středohoří (Třebívlice, Měrunice) Cr-spinely • Cr-bohaté spinely – pevný roztok chromitu-magnesiochromitu-spinelu-hercynitu • •Cr-spinely – akceosrické minerály z různých typů bazických a ultrabazických hornin (plášťové peridotity, gabra, mafické vulkanity – bazalty a tholeity a jejich metamorfované ekvivalenty). •Obvykle krystalizují v ranných stádiích z magmatu. Kontinuální krystalizace společně s ostatními silikáty (olivín, pyroxeny, plagioklas) ve značném rozsahu T •Chemické složení Cr-spinelu řízeno několika hlavními faktory: •PT podmínky, •Složení magmatu, •Stupeň parciálního tavení, •Frakční krystalizace, •Reekvilibrace v subsolidu s koo-existujícímí silikáty •Fugacita kyslíku •(see e.g., Irvine, 1965; Hill and Roeder 1974; Medaris, 1975; Pinsent and Hirst, 1977; Fisk and Bence, 1980; Dick and Bullen, 1984; Kepezhinskas et al., 1993). – Cr-spinely plášťových hornin - peridotitů •Cr-bohaté spinely krystalizují v raných stádiích krystalizace magmatu. • •Cr-bohatý spinel běžný minerál plášťových peridotitů, v hloubkách přibližně 20 - 120 km, případně i nižších hloubek, v závislosti na obsahu Cr. • •V nižších hloubkách, Ca-bohatý plagioklas je stabilní Al-minerál v peridotitech • •Ve větších hloubkách je stabilní Al-minerál granát • • • Cr-spinely v BSE obraze původ z „peridotitů “ často kusové či zrnité agregáty ale i automorfní (oktaedry) neobsahují inkluze taveniny mohou obsahovat polyfázové inkluze Cr-spinely vulkanické vs. peridotitové •plášťové a vulkanické komplexy z různých tektonických prostředí vykazují význačné rozdíly ve složení Cr-spinelů (Dick a Bullen 1984, Arai 1992, Kepenzhinskas et al. 1993). • •Základní rozlišovací kritérium mezi vulkanickými a peridotitovými Cr-spinely je obsah TiO2 a poměr Fe2+/Fe3+. • •Cr-spinely peridotitů mají obvykle poměr Fe2+/Fe3+ > 3, kdežto z vulkanických hornin mají tento poměr < 4. • •Cr-spinely z plášťových hornin mají obsah TiO2 < 0,25 hm.%. • •Vulkanické Cr-spinely s obsahem TiO2 < 0,25 hm.% jsou velice neobvyklé, takto nízké obsahy Ti byly zaznamenány pouze u některých Ti chudých MORB bazaltů, tholeiitů ostrovních oblouků a boninitů. • •Peridotitové spinely jsou používané jak termometr: Ol – Sp (ve vulkanitech nefunguje dobře – Ti ve struktuře) Cr-spinely v BSE obraze původ z „vulkanitů “ nebývají kusové a misivní často automorfní až hypautomorfní, menší velikosti, mnohdy tvoří inkluze v jiných minerálech mohou obsahovat inkluze taveniny často jsou zonální Zonal Cr-spinel from volcanic “ rock - range from Mg-chromite in the core to aluminous Ti-magnetite in the rim cpx sp Melt inclusion containing very small partially crystallized minerals. (Zhou et al.) •Mezi těžkými minerály v sedimentárních horninách zaujímají významné místo Cr-spinely. • •Stabilní během diageneze a rezistentní k hydrotermálním alteracím zejména vzhledem k ostatním vysokoteplotním minerálům mafických a ultramafických hornin (olivín, pyroxeny). • •Detritické Cr-spinely jsou důležitým indikátorem provenience mafických a ultramafických hornin a představují tak důležitý minerál pro paleogeografické rekonstrukce. Chemické složení spinelů poskytuje informace o tektonickém prostředí hornin, z nichž pocházejí. • •Chemismus detritických spinelů a inkluzí taveniny v nich z Claut/Clauzetto a Julian Basins (N Italy and NW Slovenia) použit ke stanovní provenience a geotektonického prostředí zdrojových hornin – Lenaz et al. (2000) - první studie inkluzí taveniny v detritických spinelech. • • Detritické Cr-spinely v siliciklastickách sedimentech Fe-spinely • •Magnetit FeFe3+2O4 - nejběžnější spinelid v zemské kůře • Nachází se v celé řadě magmatických a metamorfovaných hornin -bazické až intermediální magmatity (vulkanické i plutonické); nejvýznamnější ložiska ve skarnech, vulkanosedimentárních a sedimentárních horninách (BIF). • dále amfibolity; metamorfovaná ultrabazika; metapelity; alpské žíly i jako autigenní (nízkoteplotní) v sedimentech •Magnesioferrit MgFe3+2O4 - jako koncový člen vzácný (vysokoteplotní - fumaroly, hořící haldy, Mg-mramory a skarny). Obvykle v pevném roztoku s magnetitem (obvykle do několika molárních %) •Franklinit ZnFe3+2O4 – vzácnější; •vyskytuje na Zn ložiscích Franklin a Sterling Hill (USA) - metasomatický, vzniklý reakcí hydrotermálních fluid s okolními horninami •metamorfované bazické a ultrabazické horniny obsahující Cr-bohaté spinely minimálně ve spodní amfibolitové facii – obvyklá minoritní komponenta ve spinelidech •Jaccobsit MnFe3+2O4 – metasomatická ložiska Mn •Trevorit NiFe3+2O4 – vzácný; známý z mastkových fylitů v Jižní Africe, Ni-bohatý serpentinit • • Magnetit •Za vysokých teplot je dobrá mísitelnost magnetitové a ulvospinelové komponenty (ve vulkanitech obvykle vysoký podíl Ti v magnetitech) •S poklesem teploty může docházet k jejich odmísení a vzniku zrn tvořených střídajícími se lamelami magnetitu a ilmenitu (často pozorované v magmatitech - gabrech, ale i v metamorfitech – amfibolitech) •Horniny, které obsahují jak pevný roztok Mt-Usp(magnetit) a Ilm-Hmt(ilmenit), je složení těchto dvou fází jednoznačně určeno teplotou a fO2 v době, kdy se v hornině ustavila rovnováha mezi těmito minerály •Lze tyto páry využít jako geotermometr • •Gabra ranského masivu (Mrázová 2007) v BSE obraze světlé fáze – odmísený ilmenit od magnetitu: světlejší partie – magnetit; tmavší partie - ilmenit Romboedrické oxidy •Hematit Fe2O3 •Minerály skupiny ilmenitu: •Ilmenit FeTiO3 •Geikielit MgTiO3 •pyrofanit MnTiO3 • • • A: Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+ B: Ti4+, Fe3+, Cr3+, V5+, Nb5+, Ta5+, W5+, Al3+, Sb5+ Ilm - akcesorický minerál v magmatických (plutonických i vulkanických) horninách (zejména bazické a intermediální magmatity, ale i v kyselých horninách a pegmatitech - pyrofanit) Běžný akcesorický minerál i v různých typech metamorfovaných hornin, metapelitech, amfibolitech, skarnech; v peridotitech a mramorech je geikielit Leukoxenizace ilmenitu – produkt tzv. leukoxen Rozpad ilmenitu na směs rutilu, titanitu Minerály skupiny ilmenitu • Ilmenite 0653706001210940827 Geikielit, Monte-Somma, Vesuv, Itálie Ilmenit,Mont St. Hilaire, Quebec, Kanada Hematit Fe2O3 •Barva černá až červená (dle kvality krystalů a charakteru agregátů), •polokovový lesk (práškovité agregáty matné), někdy náběhové barvy •krystaly jsou tabulkovité •sedimentární oolitické rudy (Barrandien – ordovik; prvohorní mořské pánve) prekambrické železnorudné páskované formace (BIF) – sedimentární (metamorfované) - střídání Fe bohatých - magnetit, hematit, silikáty (chamosit - chlorit)- a vrstev Fe chudších tvořených silikáty (detrit); před vznikem O2 bohaté atmosféry; Fe v roztoku - mobilní jen při redukčních podmínkách okolního prostředí. ••hydrotermální (na sideritových žilách Slovenského rudohoří, s křemenem Horní Blatná u Jáchymova) •Význam: ruda Fe •Agregáty variabilní dle geneze: lupenité, zrnité, paprsčité („lebník“), práškovité (okry), oolity • Rutil – TiO2 , kasiterit - SnO2 •izostrukturní fáze. •atomy Ti (Sn, Mn) tvoří tetragonální buňku – prostorově centrovanou a jsou rozmístěny v oktaedrech kyslíků. •symetrie krystalu je tetragonální. •rutil •barva červenohnědá až hnědočerná, skelný až polokovový lesk ••velmi odolný vůči zvětrávání •akcesorický minerál v horninách (metamorfované – eklogity, granulity, amfibolity, ruly, peridotity), v magmatických horninách •alpská parageneze – varieta „sagenit“ – bývá v křišťálech •v sedimentárních horninách (i v náplavech) •Polymorfní modifikace anatas (autigenní v sedimentech), brookit • • Krystaly rutilu Sagenit v křemeni Rutil – TiO2 , kasiterit - SnO2 •Kasiterit (cínovec) •barva hnědá až červenohnědá, skelný až polokovový lesk •velmi odolný vůči zvětrávání •vysokoteplotní hydrotermální procesy – ložiska greisenového typu (parageneze + křemen, wolframit, scheelit, topaz, cinvaldit, arzenopyrit •pegmatity •druhotně v náplavech (Malajsie) •Význam: ruda Sn • Krystaly kasiteritu Kolumbit, tantalit •Kolumbit-(Fe) FeNb2O6, Kolumbit-(Mn) MnNb2O6, Kolumbit-(Mg) MgNb2O6, •tantalit-(Fe) FeTa2O6, tantalit-(Mn) MnTa2O6, lantalit-(Mg) MgTa2O6 •Vstup řady dalších kationů – Ti, Sn, Zn, Zr, W, Ca, Y, REE •průmyslový název je koltan, •Tvoří pevný roztok, isomorfně se mísí (Mg členy vzácné, někdy okraje pegmatitů) •matně černá zrna, ze které se získávají prvky tantal a niob. •Pegmatity a okolní náplavy •Největší naleziště coltanu jsou v Africe, kde se podle odhadů nachází 80 procent celosvětových zásob, a to především v Kongu (výroba kondenzátorů do elektronických součástek pro mobilní telefony a notebooky) •(chemické markry pro odlišení původu) – krvavý tantal • Large Columbite-(Fe) Image Large Columbite-(Fe) Image Click Here for Larger Tantalite-(Mn) Image Krystaly kolumbitu Krystaly tantalitu Monazit •monazit - monoklinický fosfát LREE • - strukturní vzorec LREEPO4 •V přírodě jsou známé monazity s dominancí La, Ce, Nd a Sm, přičemž nejhojnější je monazit-(Ce) • •Ve struktuře se střídají izolované tetraedry PO4 propojené přes polyedry REEO9. Atomy kyslíku jsou koordinovány dvěma atomy REE a jedním atomem P (Ni et al. 1995). • •Krystalochemické vlastnosti monazitu • jsou v posledních letech intenzívně • studovány, vzhledem k možnému využití • keramiky s monazitovou strukturou pro • uložení radioaktivního odpadu • Krauskopf 1986, Boatner a Sales 1988 P Ce O Monazit - proč je monazit intenzívně studovaný? •Monazit je jedním z hlavních nositelů LREE v kontinentální kůře • •Je to běžný akcesorický minerál v kyselých magmatických horninách (S-typové granity), v metamorfovaných horninách, i jako detritický v sedimentárních horninách • •Možnost datování monazitu – CHIME - relativně rychlé a levné •Datování U-Pb • • • • • Izostrukturní minerály •Monazit-(Ce): CePO4 •Monazit-(La): LaPO4 •Monazit-(Nd): NdPO4 •Monazit-(Sm): SmPO4 •Huttonit: ThSiO4 •Cheralit: CaTh(PO4)2 • • •Struktura monazitu upřednostňuje vstup větších REE (La-Gd), naopak xenotim s tetragonální strukturou zirkonového typu upřednostňuje vstup menších REE (Tb-Lu, + Y) Monazit Monoklinický struktura monazitového typu a = 90°, b = 103-104°, g = 90° prostorová grupa P21/n REO9 polyedr Xenotim Tetragonální struktura zirkonového typu a = 90°, b = 90°, g = 90° prostorová grupa I41/amd REO8 polyedr Struktura monazitu Xenotim YPO4 •Xenotim a zirkon (izostrukturní minerály) se často vyskytují společně v minerální asociaci –Často je pozorováno obrůstání zirkonu xenotimem (Fig 15) –Nebo jejich vzájemné prorůstání (Fig. 16, 18 a 19) – (Corfu et al.) – – – – – – – – – – – – •Často srůstá s monazitem – v granitech, pegmatitech i sedimentech – – – – – – – – – – • Xenotim – chemické složení •Podíl jednotlivých REE je závislý na podmínkách vzniku a chemickém složení horniny •Vstup „lehčích“ REE do xenotimu roste s rostoucí teplotou jeho vzniku •Dále xenotim může obsahovat Th, U, Zr, As • Xenotim v horninách •Nejhojnější a největší zrna jsou v pegmatitech •Typický pro dvojslídné granity, a leukokratních granitech (S-typy), pegmatity a syenity (alkalická magmatická hornina) •V peraluminických granitech často v asociaci s granátem • •V metamorfovaných horninách může vznikat v širokém rozmezí PT podmínek od facie zelených břidlic až po migmatity (při tavení zaniká) •V metapelitech i ortorulách • •xenotim se vyskytuje často společně s monazitem a zirkonem • • • Apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) – hexagonální • • CaI3CaII2(PO4)3(F,OH,Cl) •Základem struktury jsou tetraedry [PO4]3-, které obklopují iony Ca ve dvou různých strukturních pozicích Ca I a Ca II. •Iony Ca I jsou v 9-četné koordinaci - CaO9 •Iony Ca II jsou v koordinačních polyedrech vázány na 6 O + 1F,Cl,OH, jedná se tedy o polyedry CaO6(F,OH,Cl)1 - 7-četná koordinace • • • •Polyedry CaO6F • • • •Polyedry CaO9 • • •Tetraedry PO4 http://ruby.colorado.edu/~smyth/min/images/apatite.gif Minerály za skupiny apatitu • •Fluorapatit Ca5(PO4)3F •nejběžnější, magmati ické (nejhojnější je v Ca-bohatých intermediálních magmatitech –křemenných dioritech, granodioritech, greisenech, karbonatitech) – zvýšený Mn, REE+Y •metamorfované horniny (různé typy) •Chlorapatit Ca5(PO4)3Cl •metasomatizované plášťové horniny (zvýšený Sr, U, Th) •Hydroxylapatit Ca5(PO4)3(OH) • •Karbonáthydroxylapatit Ca5(PO4,CO3)3(OH) •Karbonátfluorapatit Ca5(PO4,CO3)3F •Biogenní • •Mimo Ca a P může do apatitu vstupovat řada dalších ionů: •Za Ca vstupuje Fe, Mn, Mg, Na, REE+Y, Sr, U, Th, K, •Za P vstupuje Si, C, As, S, V • • • apatit •Barva: bílá, žlutá, zelená, červená, modrá, šedá • Apatite | Earth Sciences Museum | University of Waterloo Apatite crystal Apatite - National Gem Lab Green Apatite Specimens - Buy Apatite Mineral Specimens Online UK Apatit •Tvar REE křivek v různých typech magmatických hornin (podle Belousova et al. 2002) Image Apatit •Tvar REE křivek v granitoidech Západních Karpat podle Brosky et al. apati S I granit S-typ I-typ Pyrit – chemická značka FeS2 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 5 g/cm3 Barva – mosazně žlutá, při alteraci nabíhá do hnědé až rezavé Krystalochemie: Krystaluje v kubické soustavě Na určitých typech ložisek může být zlatonosný. Vzhled v přírodě: Velmi hojný jako celistvé až polykrystalické agregáty, mikro- i makroskopická zrna rozptýlená v horninách, běžné jsou krystaly zarostlé i v dutinách (metamorfované, magmatické i sedimentární horniny, rudní žíly, alpské žíly atd.). Krystaly nejčastěji tvaru krychle, pentagon-dodekaedru, oktaedru. Sulfidy Bezkyslíkaté sloučeniny většinou kovových prvků se sírou http://www.pinterest.org http://www.gemcoach.com Chalkopyrit – chemická značka CuFeS2 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 4,1-4,3 g/cm3 Barva – mosazně až medově žlutá, při alteraci nabíhá do zelené, modré. Krystalochemie: Krystaluje v tetragonální soustavě, Někdy mívá příměs selenu, vzácně i Pd nebo Pt. Vzhled v přírodě: Běžný minerál rudních ložisek, zejména polymetalických, rovněž likvační ložiska. Celistvé agregáty, zrna nebo i krystaly v dutinách. Sulfidy Sfalerit – chemická značka ZnS Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 3,9-4,2 g/cm3 podle příměsi Fe Barva – proměnlivá, dle příměsi Fe od černé, přes hnědou, zelenou, žlutou až do červené. Krystalochemie: Krystaluje v kubické soustavě Běžná je příměs Fe až do 10 i více hm.%, méně Cd nebo In (ruda india). Vzhled v přírodě: Běžný minerál rudních ložisek, zejména polymetalických, v asociaci s galenitem, chalkopyritem ad. Celistvé agregáty, zrna nebo i krystaly v dutinách. Sulfidy Galenit – chemická značka PbS Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 7,2-7,6 g/cm3 Barva – olověně šedá, ocelová. Neprůhledný. Krystalochemie: Krystaluje v kubické soustavě, Běžná je příměs Ag, méně pak Zn, Fe, Cd, Sb a Se. Vzhled v přírodě: Běžný minerál rudních ložisek, zejména polymetalických, v asociaci s chalkopyritem, sfaleritem aj. Celistvé agregáty, zrna nebo i krystaly tvaru krychle, oktaedru a jejich spojek v dutinách. Vždy patrná výborná štěpnost dle krychle. Sulfidy Antimonit – chemická značka Sb2S3 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 4,6 g/cm3 Barva – olověně šedá s namodralým odstínem, neprůhledný, Krystalochemie: Krystaluje v rombické soustavě, Běžná je příměs As, méně pak Bi, Fe aj. Vzhled v přírodě: Minerál rudních ložisek, zejména výše temperovaných, polymetalických, v asociaci s dalšími sulfidy nebo sulfoarsenidy apod. Celistvé agregáty, zrna, běžné jsou agregáty sloupcovitých krystalů nebo i jehlicovité až sloupcovité krystaly v dutinách. Sulfidy Pyrhotin – chemická značka Fe(1-x)S(x=0-0.17) Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 4,6 g/cm3 Barva – bronzová, nahnědlá, neprůhledný, opákní, Krystalochemie: Krystaluje v monoklinické soustavě Vzhled v přírodě: Minerál některých rudních ložisek, například skarnů, likvačních ložisek, běžně masívní, v dutinách tvoří pseudohexagonální krystaly. Na vzduchu nabíhá vlivem oxidačních procesů. Sulfidy http:///www.dakotamatrix.com Cinnabarit – chemická značka HgS Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 8,1 g/cm3 Barva – šedá, hnědá, červená, Krystalochemie: Krystaluje v trigonální soustavě Vzhled v přírodě: Minerál epitermálních ložisek spojených s vulkanickou aktivitou popř. alkalických vřídel, v asociaci s antimonitem, realgarem, pyritem ad. Celistvé agregáty, zrna, běžné jsou agregá- ty čočkovitých nebo nízce sloupcovitých krystalů v dutinách spolu s karbonáty, ryzí rtutí atd. Sulfidy Molybdenit – chemická značka MoS2 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 8,1 g/cm3 Barva – ocelově šedá, namodralá, neprůhledný,opákní, Krystalochemie: Krystaluje v hexagonální soustavě, Vzhled v přírodě: Minerál vysoce temperovaných hydrotermálních žil v asociaci s dalšími sulfidy (pyrit, chalkopyrit aj.). Také jako ruda v porfyrových ložisek, v pegmatitech, greissenech na trhlinách žul. Tvoří hexagonální tabulky, rovněž masy, krystaly do dutin jsou vzácné. Sulfidy http://www.wikipedia.org Markazit – chemická značka FeS2 Fyzikální vlastnosti: Hustota – kolem 6,1 g/cm3 Barva – cínově bílá až světle ocelově šedá, neprůhledný, Krystalochemie: Krystaluje v rombické soustavě Vzhled v přírodě: Minerál některých rudních ložisek, běžný v uhlonosných sedimentech ve formě kopinatých krystalů a jejich srostlic. Někdy také radiálně paprsčité agregáty nebo i celistvý. Na vzduchu nestálý, podléhá rychle přeměnám na sekundární sírany. Sulfidy Ryzí prvky Ryzí prvky jsou v přírodě vzácné. K běžnějším patří zlato, stříbro, ryzí měď, grafit a síra. Kovy rovněž tvoří slitiny. http://www.naturalgoldtrader.com K dalším, avšak mnohem vzácnějším patří: Antimon Arsen Bismut Kadmium Chrom Indium Železo Kovy skupiny platiny – platina, osmium, iridium, palladium, rhodium Olovo Molybden Nikl Rhenium Selen Křemík Tantal Telur Cín Titan Vanad Zinek Rtuť rtuť platina železo olovo Zlato – chemická značka Au Fyzikální vlastnosti: Hustota – 19,3g/cm3, většinou nižší z důvodu příměsi dalších prvků (Ag, Cu aj.) v rozsahu 16-19 g/cm3 Barva – zlatožlutá, stříbrozlatá v případě vyšší příměsi stříbra (elektrum obsah až několik desítek hm. %), načervenalá (příměs Cu) Krystalochemie: Krystaluje v kubické soustavě, Vzhled v přírodě: Primární je většinou ve formě mikroskopických až okem viditelných zrn rozptýlených v horninách, rudních či křemenných žilách, vzácněji ve formě plíšků, drátků, ojediněle ve formě krystalů (oktaedry, spojky oktaedrů a hexaedrů, deformované či nedokonale vyvinuté krystaly, kostrovité formy apod.) Sekundárně v náplavech či eluviích ve formě zaoblených zrn, plíšků, nugetů apod. •Stříbro • •měď Grafit/diamant C •Grafit - hexagonální nekovový minerál • •Původ organogenní •ložiska grafitu vznikají při přeměně sedimentárních hornin ze zbytků organických látek a tvoří vrstvy nebo čočkovitá tělesa v rulách, svorech, fylitech nebo mramorech •Pigment rozptýlený v sedimentech a metasedimentech •Původ hydrotermální – vysrážením z fluid (střední až vysoké teploty fluid) •S rostoucí teplotou vzniku se zvyšuje uspořádanost – využití pro stanovení T vzniku – ramanovskou spektroskopií (poměr a pozice ramanovských pásů) • Grafit/diamant C •diamant – kubická modifikace C; •Krystaly oktaedrické, dodekaedrické nebo krychlového vzhledu • •vznikají ve svrchním zemském plášti za vysokých teplot (900–1300 °C) a tlaků (4,5–6 GPa) v ultrabazických vyvřelinách - kimberlity (plášťové horniny) – větší krystaly, cenné •Dále vznik při subdukci - UHP horniny – eklogity, granulity, peridotity – vznik z tavenin či COH-bohatých fluid; obvykle drobné krystalky do několika mikrometrů; význam pro stanovení PT podmínek •Obsahují četné inkluze •