Granity a kontinentální kůra III (Vznik S-typových granitů) David Buriánek pouze pro potřeby výuky • III. 3. Vliv chemického složení protolitu a PT podmínek • III. 4. Rychlost procesů produkujících granitovou taveninu • III. 5. Migmatitizace • III. 6. Mobilizace taveniny a vznik těles granitů • III. 7. Segregace taveniny • III. 8. Termální modely pro vznik orogenetických granitů • III. 9. Hybridní granity • III. 10. Vznik těles granitů Patiňo Douce-Beard 1995 Tavení Bt+Pl+Qtz ruly (GardienThompson-Ulmer 1999) • Chemické složení taveniny je ovlivněno složením protolitu, množstvím fluid a PT podmínkami vzniku III. 3. Vliv chemického složení protolitu a PT podmínek Patiňo Douce-Beard 1995 • Metasedimenty produkují taveninu převážně o složení granit až granodiorit • Intermediální horniny produkují taveninu převážně granodioritového až tonalitového složení • Bazické horniny produkují taveninu převážně tonalitového složení • Draslíkem bohaté mafické horniny produkují taveninu granodioritového až adamelitového složení III. 4. Rychlost procesů produkujících granitovou taveninu • Tu a Ms-Bt granity vzniklé dehydratačním tavením indikují vznik za nízkého stupně parciálního tavení (F < 0.2), ke vzniku taveniny dochází během 1-4 Ma. • Rozdíly v chemickém složení a Sr izotopech jsou způsobeny odlišným složením protolitu a rozdílnou aktivitou vody během anatexe nebo rozdílným stupněm frakční krystalizace. • Tavenina vzniká na hranici zrn. • Přičemž k tomu aby reakce proběhla stačí často jen několik týdnů. • Reakci navíc urychluje nejen zvýšená teplota ale i případná přítomnost fluid (inkongruentní tavení) • Tavenina vzniklá takovým tavením je oproti typické tavenině vzniklé v minimu nabohacena na Si a Na díky rychlému rozpouštění paragonitové komponenty v Ms a křemene • Koncentrace LREE a ZR v granitické tavenině vzniklé anatexí závisí na rychlosti rozpouštění monazitu a zirkonu. • Rychlost rozpouštění těchto minerálů závisí na: množství vody v tavenině, teplotě a rychlosti ohřevu protolitu. • Pokud rychlost uvolňování taveniny z protolitu překročí rychlost rozpouštění těchto minerálů vznikne tavenina která není staurovaná Zr a LREE. • Protože rychlost rozpouštění monazitu je menší než zirkonu (při určitých podmínkách) může při rychlém uvolnění taveniny vznikat magma saturované Zr ale podsycené LREE (Harris et al. 2000). • Himalájské granity ukazují právě toto nenasycení LREE (různá teplota Mnz a Zr term.) • To ukazuje že k oddělení magmatu došlo za méně než 10 tisíc let. Xen Zr • Tavenina je z oblasti svého vzniku transportována do magmatického krbu kde muže docházet ke změnám jejího složení v důsledku asimilace hornin z okolí a frakční krystalizace. • Transport taveniny a její krystalizace může být u malých těles peraluminických granitů velmi rychlý řádově stovky let. • U větších těles to mohou být tisíce let. Tavení Qtz+Fsp v granulitech při 760 2 kbar a 3 dnů (Mehnert et al. 1973) Berger2003 • Vznik a vývoj taveniny závisí na rychlosti ohřívání protolitu a ta je závislá na tektonickém prostředí. • Množství taveniny při kterém se již může migrovat mezi zrny závisí na mnoha faktorech (nejméně F > 0.08-0.05) • Výrazným faktorem je směrný tlak Amfibolit na střižné zóně tonalitová tavenina lom Křepínky – moldanubikum nově vzniklá tavenina (pegmatit) Tu granit - moldanubikum a. Agmatit (Breccia structure): ostrohrannné úlomky melanosomu tmelené leukosomem . b. Diktyonity (Net-like structure): leukosom tvoří rozvětvenou síť žilek. c. Agmatit s převahou leukosomu (Raft-like structure). d. Migmatit s ptygmatickými žilkami - žilky silně zprohýbané. e. Stomatit (Stromatic structure) střídají se pasky leukosomu a melanosomu a pásky probíhají více méně rovně. f. Dilatonit (Dilation structure). g. Stomatit s převahou leukosomu (Schleiren structure). h. Nebulitický migmatit (Nebulitic structure): melanosom tvoří rozplývavé skvrny v leukosomu. Upraveno podle knihy: Mehnert (1968) Migmatites and the Origin of Granitic Rocks. Elsevier. III. 5. Migmatitizace Saito S et al. J. Petrology 2007;48:79-111 Grt Bt Pl Grt Cdr Pl Qtz Rula Restit Tavenina a) Nebulitický migmatit (Nebulitic structure): melanosom tvoří rozplývavé skvrny v leukosomu. Velmi viskózní tavenina zůstává na místě svého vzniku. • Krystaluje v podmínkách bez orientovaného tlaku nebo jen nízkého orientovaného tlaku. • Malá velikost kapes taveniny vede k tomu že tavenina nemá žádný vztlak. b) Stomatit (Stromatic structure) střídají se drobné pasky leukosomu a melanosomu. • Pásky probíhají více méně rovně s původní foliací a v tom případě jde pravděpodobně o tavení na místě. • Někdy však mohou být rovnoběžné žilky k původní foliaci diskordantní a pak jde o mobilizovanou taveninu která proráží mesosom. Upraveno podle knihy: Mehnert (1968) Migmatites and the Origin of Granitic Rocks. Elsevier. c) Diktyonity (Net-like structure): leukosom tvoří rozvětvenou síť žilek. • K oddělení taveniny došlo díky orientovanému tlaku. • Leukosom tvoří propojenou síť žilek. d) Agmatit (Agmatite) ostrohranné bloky jsou obklopené leukosomem tvoří brekcii (nemusí nutně reprezentovat paleosom a melanosom) • Porušení v důsledku hydraulického vztlaku taveniny. • Vznikají v horních částech migmatitických dómů. Představují kontakt mezi granity a migmatity. Upraveno podle knihy: Mehnert (1968) Migmatites and the Origin of Granitic Rocks. Elsevier. Kriegsman2001 Melanosom Bt+Ms>Qtz+Fsp ± Grt, Tu Leukosom Bt+Ms melanosom (Cdr je zatlačován Bt a Ms) Grt Qtz Bt Mesosom -> melanosom (Grt je zatlačován Bt) Bt Ms Melanosom Migmatity mohou být výsledkem několika deformačních a metamorfních etap CORONA-CHA´VEZ ET AL. 2006 • Pokud se střídají leukokratní pásky s nízkým obsahem biotitu s pásky, které mají vysoký obsah slíd. Pásky mají mocnost od několika mm po několik cm. V takovém případě mluvíme o metatexitech tedy horninách, které si zachovaly strukturní znaky z období před migmatitizací (Brown 1997). • Diatexity byly definovány jako horniny u nichž byla smazána stavba horniny před migmatitizací (Brown 1997). Diatexity jsou drobnozrnné až středně zrnité. Struktura je granoblastická a přednostní orientace je nevýrazná, nebo zcela chybí (Dalečín). Vanderhaeghe2001 • Při parciálním tavení se první tavenina objevuje na hranici zrn. • Během tavení je mobilita taveniny závislá na množství taveniny a jejích charakteristikách (viskozita) • Metatexity mají reologii řízenou pevnou fází a u diatexitů se reologie řídí charakteristikami taveniny. • Pokud je množství taveniny velké (F > 0,26- 0,4) může se tavenina migrovat a vytvářet tělesa granitů. • Zóna mezi zdrojem taveniny (diatexity) a tělesy leukogranitů je tvořena sítí žilek od cm do několika metrů. • Charakter této přechodné zóny je řízen reologickým kontrastem mezi pevnou fází a taveninou. III. 6. Mobilizace taveniny a vznik těles granitů • Migmatitizace postihuje komplexy složené z metapelitů až metadrob. • Probíhá za relativně nízkých PT podmínek pod 800°C a kolem 4-7 kbar. • U diatexitů muže dojít k oddělení restitu od taveniny a vznikají leukogranity. Tento proces má řadu mezistupňů III. 7. Segregace taveniny • Segregace taveniny (Melt segregation): znamená oddělení taveniny od restitu během tavení • závisí na propustnosti zdrojových hornin • první tavenina vzniká na hranici zrn • Kapsy tavenin se zvětšují se zvětšujícím se stupněm tavení • dochází ke slučování jednotlivých dutin a ke vzniku sítě kanálků podél hranice zrn • v granitovém systému jsou mezi zrny úhly 44-60° což umožňuje vznik intergranulárního filmu, který spojuje jednotlivá zrna (extrakce taveniny) • pokud je úhel větší než 60° tavenina se neuvolní //www.geosci.usyd.edu.au/users/prey/Teaching/Granite/ • Parciální tavení je zodpovědné za diferenciaci kontinentální kůry • Tavenina se může od horniny oddělit ale závisí to na viskozitě taveniny geometrii intergranulárních prostor mezi krystaly (McKenzie, 1984) a deformaci • Základním parametrem který kontroluje oddělení, transport a vmístnění taveniny je viskozita • Viskozita s obsahem SiO2 v tavenině roste viskozita s obsahem H2O v tavenině klesá viskozita viskozitu ovlivňuje množství a tvar krystalů během krystalizace viskozita roste • Gravitační kompakce (Gravitational compaction): hustota restitu a taveniny je různá, kapsy taveniny musí být propojené, tento model je vhodný pro taveninu s nízkou viskozitou (McKenzie, 1984) • Tímto způsobem nemohou vznikat velká a geologicky složitá tělesa //www.geosci.usyd.edu.au/users/prey/Teaching/Granite/ 1) Extenzní porušení pukliny (Extensional fracturing) • Objevují v horninách s malým množstvím taveniny. • Závisí na rychlosti deformace, tlaku fluid, orientovaném tlaku. • V granitických systémech s nízkou aktivitou H2O dochází k pozitivní změně objemu během tavení což vede ke vzniku puklin. • Lokální hydrostatický tlakový gradient umožňuje pohyb taveniny do puklin a oddělení taveniny, efekt tohoto mechanizmu závisí velikosti poklesu tlaku, propustnosti horniny a době po kterou jsou pukliny otevřené. • Tavenina s vyšším obsahem vody za tlaku pod 15 kbar má opačný efekt (má menší objem než reaktanty). Segregace taveniny iniciovaná deformací • 2) Segregace taveniny během deformace (Segregation during continuous deformation) • Filter pressing - v důsledku duktilní deformace vrstev s různou viskozitou se separuje tavenina od horniny (je to podobné jako tvorba budin) • Dilatant attractors – pokud během parciálního tavení probíhá deformace tavenina se shromažďuje ve střižných zónách, v tlakových stínech • parciální tavení pelitů začíná kolem 650ºC pro běžnou kůru • běžná kontinentální (fanerozoická) kůra má na hranici MOHO kolem (kolem 500-600 ºC) takže k tavení většinou nedochází • Aby došlo k tavení musí dojít k: - zvětšení mocnosti kontinentální kůry (crustal thickening) - ztenčení litosferického plaště (lithospheric mantle thinning) a podestlání bazickým magmatem (underplating of mafic magma) //www.geosci.usyd.edu.au/users/prey/Teaching/Granite/ III. 8. Termální modely pro vznik orogenetických granitů III. 9. Hybridní granity Amp gabro – plášťové magma (Nikaragua) I-typový Amp-Bt granodiorit s enklávou dioritů vzniklý mixingem (Nikaragua) I-typový Amp-Bt granodiorit mixingem (Nikaragua) I-typový Bt granodiorit vzniklý mixingem (Nikaragua) S-typový Cdr-Bt granit s xenolity migmatitů (Nikaragua) Xenolit mramoru v granodioritu Cdr-Bt xenolit v S-typovém granitu (Nikaragua)