Mineralogie I Prof. RNDr. Milan Novák, CSc. Mineralogický systém - silikáty •Osnova přednášky: • 1.Strukturní a chemický základ pro klasifikaci silikátů 2.Nesosilikáty 3.Shrnutí 1. Co je minerál? •Anorganická stejnorodá přírodnina, jejíž složení lze vyjádřit chemickým vzorcem, většinou pevného skupenství, vzniklá především přírodními pochody, ale i za působení člověka. • •Základem definice každého minerálu jsou tedy specifická krystalová struktura a specifické chemické složení. Atomy jednotlivých prvků nejsou uspořádány ve krystalové struktuře minerálů náhodně a pro jejich vstup do krystalové struktury platí řada pravidel. • pyrite%20pic%205%20bk fe_str Pyrit – krystal - krystalová struktura 1. Co je minerál? - Prvky v minerálech •Do minerálů vstupují všechny prvky známé v přírodě. Tyto prvky si můžeme rozdělit do dvou hlavních skupin: • •kationy • relativně malý iontový poloměr, elektropozitivní • např. Na+, Mg2+ ,Al3+, Si4+ •aniony • relativně velký iontový poloměr, • elektronegativní, • např. O2-, F-, Cl-, S2-, OH- nový-3 1. Co je minerál? - Krystalochemický vzorec •Složení minerálů vyjadřujeme tzv. krystalochemickými vzorci. •Vzorce minerálů musí být tzv. elektroneutrální • forsterit • Mg2SiO4 2MgO+SiO2 2Mg2++Si4++4O2- • olivín (Mg,Fe)2 [SiO4] minerál složený ze 2 složek • forsterit Mg2SiO4 • fayalit Fe2SiO4 • (Fe, Mg) – jeden prvek je zastupován dalšími prvky – pořadí určuje klesající množství kationtu • [SiO4] - aniontová skupina nový-3 1. Silikáty - úvod •Největší a nejdůležitější skupina minerálů v mineralogickém systému. Zahrnuje většinu horninotvorných minerálů. Podle uspořádání SiO4 tetraedrů, které jsou hlavním stavebním prvkem těchto minerálů, je dělíme do několika skupin. • Silikáty se skládají z: • - tetraedrů SiO44- • - kationtů kovů (např. Ca, Fe, Mg, Na, Al), které jsou ve středech různých polyedrů např. BO3, AlO6, MgO6, NaO8 • • tetraedry a jiné polyedry se spojují (mají společný kyslík) – tak se zmenšuje počet volných vazeb tak, aby byl minerál elektroneutrální • Si4+ je v tetraedru často nahrazen Al3+ • vedle kyslíku se objevují i jiné anionty • OH-, F- mycobond_physical si%20tetrahedra 1. Silikáty - klasifikace –Nesosilikáty - tetraedry izolované –– olivín, granáty –Sorosilikáty – 2 spojené tetraedry –Cyklosilikáty – tetraedry spojené do cyklů – – –Inosilikáty - tetraedry spojené do řetězců –- jednoduché - pyroxeny –- dvojité - amfiboly – – –Fylosilikáty - tetraedry propojené v ploše –– slídy, jílové minerály – –Tektosilikáty - tetraedry tvořící prostorovou kostru –– živce, foidy, zeolity, také křemen 1. Silikáty – krystalové struktury tur_str_parl-c 1. Silikáty – krystalové struktury tur_str_perp-c 1. Silikáty - klasifikace pyroxene structure Fylosilikát- struktura slídy Inosilikát – struktura pyroxenu 2. Nesosilikáty - skupina olivínu •Obecný vzorec M2SiO4 • M = Mg, Fe2+ (Mn) • (Mg,Fe)2SiO4 • Forsterit Mg2 SiO4 • Fayalit Fe2 SiO4 • (Tefroit) Mn2SiO4 • Olivín – termín užívaný v petrologii • Ideálně mísitelné, hlavní substituce Mg-Fe • Vedlejší až stopové prvky: Ca, Zn, Ni •Rombický •Izolované tetraedry SiO4, sdílející apikální kyslíky s oktaedry, obsazenými dvojvalentními kationty (Mg, Fe2+, Mn ) •Vlastnosti: • Barva: světle žlutozelená, nažloutlý (forsterit), černý (fayalit), lesk skelný, neštěpný, T = 6-7, h = 3,2-4,3. Olivine2 nový-3 2. Nesosilikáty - skupina olivínu •Výskyty: •Forsterit (olivín) • - ultrabazické magmatické (Smrčí, Kozákov) a metamorfované horniny např. dolomitické mramory (Studnice) • hojný ve svrchním plášti •Fayalit • pegmatity (Strzegom) a alkalické granity • Fe-bohaté metamorfované horniny • •Olivín lehce podléhá hydrotermálním • alteracím a vzniká serpentin. • •Využití: jako drahý kámen, • důležitý v řešení problémů • zemského pláště, PT podmínky. olivine 2. Nesosilikáty- skupina granátu •Obecný vzorec A3B2(SiO4)3 • A = Fe2+, Mn, Ca, Mg • B = Al, Fe3+ • Vedlejší a méně časté prvky: V, Cr, Y, P • a0 (Å) • Pyrop Mg3 Al2Si3O12 11,46 • Almandin Fe3 Al2 Si3O12 11,53 • Spessartin Mn3 Al2Si3O12 11,62 • Grossular Ca3 Al2 Si3O12 11,85 • Andradit Ca3 Fe2 Si3O12 12,06 • •Kubický • •Typické substituce Mn-Fe2+-Ca-Mg, Al-Fe3+ •Mísitelnost mezi jednotlivými členy granátu je různá, neomezená v případě, že je velikost zastupovaných kationtů blízká, menší, je-li rozdíl větší. Závisí i na PT podmínkách. nový-3 2. Nesosilikáty- skupina granátu •Izolované tetraedry SiO4 sdílejí apikální kyslíky s deformovanými oktaedry (Al a Fe 3+) a s deformovanými dodekaedry (Mg, Fe 2+, Mn, Ca). •Vlastnosti: • Barva: červená a její odstíny, méně často zelená, žlutá, bezbarvý (grossular), granát není nikdy modrý. • neštěpný, T = 7-7,5, h = 3,6-4,2. •Ve výbruse je izotropní. Garnet4s grt Grafický srůst spessartinu (černý) a křemene 2. Nesosilikáty- skupina granátu •Výskyty: •Almandin • – metamorfované pelity (svor, rula – Petrov nad Desnou), pegmatity (Dolní Bory), granity (Přibyslavice) •Pyrop (český granát) • – ultrabazické horniny (dunity, serpentinity - Drahonín, eklogity - Biskupice) •Spessartin – pegmatity (Bližná), Mn-bohaté metamorfované horniny (Chvaletice) •Grossular (varieta hessonit) – skarny (Žulová) •Andradit – skarny (Vlastějovice) • •Granáty jsou většinou velmi odolné vůči hydrotermálním alteracím a zvětrávání, proto jsou běžné jako těžký podíl v sedimentárních horninách •Využití: drahý kámen, abrazivo, v metamorfní petrologii pro odhad PT podmínek, pro odvození provenience sedimentů. 2. Nesosilikáty- skupina granátu GAR-5b Grossular ve skarnu - Žulová Almandin ve svoru 2. Nesosilikáty- skupina granátu Andradit Almandin 2. Nesosilikáty- skupina granátu grt Pyrop v ultrabazické hornině Orientovaný grafický srůst granátu (černý - izotropní) a křemene (barevný), Bližná výbrus 2. Nesosilikáty- skupina granátu Almandin srůstající s křemenem - Přibyslavice 2. Nesosilikáty - Skupina Al2SiO5 •Minerály Al2SiO5 • Sillimanit Al6 Al4 O SiO4 rombický • Andalusit Al6 Al5 O SiO4 rombický • Kyanit Al6 Al6 O SiO4 triklinický • • Chemické složení je většinou velmi blízké ideálnímu složení. • minoritní a stopové prvky • Sillimanit B3+, Mg, Fe3+ • Andalusit Mn3+, Fe3+, Cr3+ • Kyanit Cr3+, V3+, Fe3+ • • Variety: • fibrolit – jehlicovitý sillimanit • chiastolit – andalusit se sektoriální • zonálností z kontaktních rohovců, • viridin – zelený Mn-andalusit • 2. Nesosilikáty - Skupina Al2SiO5 Andalusit, Dolní Bory Sillimanit, Něchov Kyanit, Frymburk 2. Nesosilikáty - Skupina Al2SiO5 •Vlastnosti: •Sillimanit – jehlicovité až vláknité, méně často i drobně až hrubě zrnité agregáty nebo sloupcovité krystaly, velikost až do několik dm • šedá, bílá, žlutá, hnědá, bezbarvý • štěpný •Andalusit - sloupcovité krystaly, jehlicovité, drobně až hrubě zrnité agregáty, velikost až do velikosti 1 m • růžová, červenohnědá, bílá šedá, zelená, modrá, někdy je pleochroický (v různé orientaci má různou barvu) • nedokonale štěpný •Kyanit - sloupcovité až tabulkovité krystaly, drobně až hrubě zrnité agregáty, velikost až několik dm • modrá, šedá, bezbarvý, vysoký index lomu • výborně štěpný •Tvrdost 6-7, u kyanitu 7-5, •h = 3,2-3,6 (kyanit). • Pleochroismus u Mn-andalusitu 2. Nesosilikáty - Skupina Al2SiO5 •Výskyty: •Sillimanit – regionálně metamorfované horniny středního až vyššího stupně, migmatity •Andalusit – kontaktně i regionálně metamorfované horniny (Branná), granity, pegmatity (Dolní Bory) •Kyanit – regionálně metamorfované horniny středního až vyššího stupně (Frymburk), granulity • Z obrázku je zřejmé, že pozice trojného bodu zůstává stále diskutabilní. Především pozice univariantní křivky reakce andalusit=sillimanit je nejistá. •Odolnost Al2SiO5 je proti alteracím je střední až vysoká, proti zvětrávání je vysoká, proto jsou běžné v sedimentech. •Využití: Velmi důležité minerály pro odhad podmínek vzniku hornin. nový-22 2. Nesosilikáty - Skupina Al2SiO5 BD C1_1_BSE_1 scan0021 Alterace andalusitu pyrofylitem a muskovitem (Dolní Bory) Diagram stability andalusitu za nízkých teplot And Prf Msc Dia 2. Nesosilikáty – další minerály •Staurolit • Fe2 Al9 O6 (SiO4)4 (O,OH)2 • Vedlejší prvky: Zn, Li, Mn, Co • Monoklinický (pseudorombický) •Vlastnosti: hnědý v různých odstínech, nedokonale štěpný, t = 7-7,5, h = 3,6-3,8 •Výskyty: • Typický horninotvorný minerál svorů a rul (Keprník), typický těžký minerál vzhledem ke svojí mechanické a chemické odolnosti a hustotě. •Důležitý pro odhad PT podmínek v metamorfovaných horninách. • Staurolit 2. Nesosilikáty – další minerály •Chloritoid • (Fe, Mg)2 Al4 O2 (SiO4)2 (OH)2 • Vedlejší prvky: Mn • Monoklinický a triklinický • strukturně a geneticky příbuzný staurolitu •Vlastnosti: tmavozelený až černý, výborně štěpný, t = 5-6, h = 3,4-3,6 •Výskyty: • v metamorfovaných horninách (při nižší metamorfóze, než aby vznikl staurolit) – chloritoidových břidlicích •Důležitý pro odhad PT podmínek v metamorfovaných horninách. • •Titanit • Ca Ti (SiO4/O) • Vedlejší prvky: Sn, Al, Nb, Ta, F, Y, REE • Monoklinický •Vlastnosti: hnědý, žlutý, zelený, nedokonale štěpný, t = 5-5,5 h = 3,4-3,6 •Výskyty: • Hojný akcesorický minerál v různých typech metamorfovaných a magmatických hornin, vyžaduje zvýšenou aktivitu Ca. •Středně odolný vůči alteracím. • • 2. Nesosilikáty – další minerály • •Zirkon • Zr SiO4 • Vedlejší prvky: Hf, U, Th, Y, Sc, P • Tetragonální •Vlastnosti: hnědý, žlutý, nedokonale štěpný, t = 7-7,5 • h = 4,6-4,7 •Výskyty: • Akcesorický minerál v různých typech hornin, • jediný relativně hojný minerál Zr. •Velmi odolný proti alteracím, používá se k radiometrickému datování. • Často je ale metamiktní (rozpad struktury působením radioaktivního záření) Zirkon 3. Shrnutí 1.Tato přednáška zahrnuje jen základní přehled hlavních minerálů ze skupiny nesosilikátů, ve skutečnosti je v této skupině několik set minerálů. 2.Většina minerálů má většinou poměrně vysokou tvrdost 6-7, hustotu větší než 3, a většina má nedokonale vyvinutou štěpnost. 3.Barva kolísá podle obsahu Fe (Mn), minerály s výraznou převahou Mg nad Fe (Mn) jsou bezbarvé, světle žluté nebo světle zelené, minerály bez Mg a Fe mají různé ale většinou světlé barvy. Minerály s vysokým obsahem Fe jsou tmavé – černé, červenofialové nebo hnědé. 4.Většina minerálů ze skupiny nesosilikátů má nízký nebo nulový obsah H2O. 5.Většina minerálů vzniká za relativně vyšších teplot a tlaků v magmatických a metamorfovaných horninách. 6.U většiny z nich je nutné znát chemické vzorce. 7. 7.