Mineralogie II Milan Novák Ústav geologických věd, PřF MU v Brně Silikáty Největší skupina minerálů v mineralogickém systému. Zahrnuje většinu horninotvorných minerálů. Ze strukturního hlediska je nejvíce prozkoumaná a podle stupně polymerizace SiO[4] tetraedrů je dělíme do několika skupin. nesosilikáty sorosilikáty cyklosilikáty inosilikáty fylosilikáty tektosilikáty Obr. Stupně polymerizace SiO[4] tetraedrů. Nesosilikáty Tetraedry SiO[4] jsou izolované od ostatních tetraedrů, ale sdílejí apikální kyslíky se dalšími typy polyedrů (oktaedry, hexaedry, dodekaedry) ve struktuře Skupina olivínu Rombické Obecný vzorec M[2]SiO[4 ]M = Mg, Fe^2+, Mn Vedlejší prvky: Ca, Ni, B, OH Struktura izolované tetraedry SiO[4], sdílející apikální kyslíky s oktaedry, obsazenými dvojvalentními kationty (Mg, Fe^2+, Mn ) Minerály Forsterit Mg[2] SiO[4 ]Fayalit Fe[2] SiO[4 ] Tefroit Mn[2] SiO[4 ] Ideálně mísitelné, hlavní substituce Mg-Fe-Mn Výskyty: Forsterit ultrabazické magmatické (výlevné i hlubinné) a metamorfované horniny hojný ve svrchním plášti dolomitické mramory Fayalit pegmatity (Strzegom) a alkalické granity Fe-bohaté metamorfované hornin Tefroit Mn-bohaté metamorfované horniny Olivín lehce podléhá hydrotermálním alteracím a vzniká serpentin. Skupina humitu Rombické a monoklinické Příbuzné olivínu, ve struktuře se střídají motivy Mg[2]SiO[4] a Mg(OH,F)[2] v různé poměru Minerály norbergit chondrodit Mg[5](SiO[4])[2] (OH, F)[2 ]humit klinohumit Výskyty Dolomitické mramory, skarny Ultrabazické horniny Skupina granátu Kubické Obecný vzorec A[3]B[2](SiO[4])[3 ]A = Fe^2+, Mn, Ca, Mg B = Al, Fe^3+, Cr^3+, V^3+ Vedlejší prvky: Y, Zr, Ti, Na, OH, P Struktura Izolované tetraedry SiO[4] sdílejí apikální kyslíky s deformovanými oktaedry (Al a Fe ^3+) a s deformovanými dodekaedry (Mg, Fe ^2+, Mn, Ca). Granáty jsou kubické, vstup OH snižuje souměrnost. Minerály Pyrop Mg[3] Al[2] Si[3]O[12] Almandin Fe[3] Al[2] Si[3]O[12 ]Spessartin Mn[3] Al[2] Si[3]O[12] Grosulár Ca[3] Al[2] Si[3]O[12] Andradit Ca[3] Fe[2] Si[3]O[12] Uvarovit Ca[3] Cr[2] Si[3]O[12] Hibschit Ca[3] Al[2] Si[3]O[12-x] (OH)[4x ]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. Substituce Mn-Fe^2+-Ca-Mg, Al-Fe^3+-Cr, Si-4H, Si-P Výskyty: Almandin -- metamorfované pelity, pegmatity, granity Pyrop -- ultrabazické horniny Spessartin -- pegmatity, Mn-bohaté metamorfované horniny Grossular - skarny Andradit - skarny Hibschit - kontakty vulkanických hornin Granáty jsou velmi odolné vůči hydrotermálním alteracím a zvětrávání Skupina Al[2]SiO[5 ] Sillimanit Al^6 Al^4 O SiO[4] rombický Andalusit Al^6 Al^5 O SiO[4] rombický Kyanit Al^6 Al^6 O SiO[4] triklinický Vzhled, barva a optické 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 Andalusit - sloupcovité krystaly, jehlicovité, drobně až hrubě zrnité agregáty, velikost až do velikosti 1 m růžová, červenohnědá, bílá šedá, zelená, modrá, někdy je pleochroický Kyanit - sloupcovité až tabulkovité krystaly, drobně až hrubě zrnité agregáty, velikost až několik dm modrá, šedá, bezbarvý, vysoký index lomu Variety: viridin -- zelený Mn-andalusit, chiastolit -- andalusit se sektoriální zonálností z kontaktních rohovců, fibrolit -- jehlicovitý sillimanit Krystalová struktura Obr. Krystalová struktura sillimanitu, andalusitu a kyanitu I Chemické složení je většinou blízké ideálnímu složení. minoritní a stopové prvky Sillimanit Al^6 Al^4 O SiO[4] B^3+, Mg, Fe^3+, Al, H Andalusit Al^6 Al^5 O SiO[4] Mn^3+, Fe^3+, Cr^3+, H Kyanit Al^6 Al^6 O SiO[4] Cr^3+, V^3+, Fe^3+, H Většinou jsou blízké koncovému členu, některé stopové až minoritní prvky jsou uvedeny výše. Pouze Mn^3+ a v menší míře také Fe^3+ v andalusitu dosahují významných koncentrací a existuje Mn^3+ analog andalusitu - kanonait. Petrologický význam jednotlivých modifikací Al[2]SiO[5] a příbuzných minerálů Výskyty: Sillimanit -- regionálně metamorfované horniny středního až vyššího stupně, migmatity Andalusit -- kontaktně metamorfované horniny, granity, pegmatity Kyanit -- regionálně metamorfované horniny středního až vyššího stupně, granulity Obr. Trojný bod - Al[2]SiO[5]. Z obrázků je zřejmé, že pozice trojného bodu zůstává stále diskutabilní. Především pozice univariantní křivky reakce andalusit=sillimanit je nejistá. Staurolit Mnoklinický (pseudorombický) Fe[2] Al[9] O[6] (SiO[4])[4] (O,OH)[2 ]Obecný vzorec: A[4]B[4]C[18]D[4]T[8]O[40] (O,OH)[8 ]Vedlejší prvky: Zn, Li, Mn, Co Substituce: Fe-Zn, i velmi komplikované Struktura: Obr. Struktura staurolitu. Výskyty Typický horninotvorný minerál svorů a rul, výjimečně se objevuje v peraluminických granitech, popř. pegmatitech, typický těžký minerál vzhledem ke svojí mechanické a chemické odolnosti a hustotě. Chloritoid monoklinický a triklinický (Fe, Mg)[2] Al[4] O[2] (SiO[4])[2] (OH)[2 ] strukturně a geneticky příbuzný staurolitu Vedlejší prvky: Mn Výskyty v metamorfovaných horninách (při nižší metamorfóze, než aby vznikl staurolit) -- chloritoidových břidlicích Topaz Rombický Al[2]SiO[4] (F,OH) Substituce F-OH Výskyty: v pegmatitech, greisenech, granitech a na křemenných žilách. Titanit Monoklinický Ca Ti (SiO[4]/O) Vedlejší prvky: Sn, Al, Nb, Ta, F, Y substituce: AlF - TiO, NbAl - 2Ti Výskyty: Hojný akcesorický minerál v různých typech hornin, vyžaduje zvýšenou aktivitu Ca. Zirkon Tetragonální Zr SiO[4 ]Vedlejší prvky: Hf, U, Th, Y, Sc, P[ ] Typické substituce: Zr-Hf, Zr-Th, ZrSi --YP, ZrSi-ScP Výskyty: Hojný akcesorický minerál v různých typech hornin, jediný rel. hojný minerál Zr.. Další nesosilikáty: Fenakit Be[2]SiO[4 ]Willemit Zn[2]SiO[4 ]Datolit CaBSiO[4] OH Dumortierit Al[7] (BO[3]) (SiO[4])[3] O[3 ]Uranofán Ca(H[3]O) (UO[2])[2] (SiO[4])[3] . 5 H[2]O Sorosilikáty Málo významná skupina, mají nízký stupeň polymerizace, dva spojené tetraedry Si[2]O[7], někdy jsou ve struktuře přítomny SiO[4] i Si[2]O[7]. Bertrandit Rombický Be[4]Si[2]O[7] (OH)[2 ] Výskyty sekundární minerál po berylu Skupina epidotu Monoklinické, rombické Obecný vzorec A[2]B[3] (SiO[4])[3] OH nebo A[2]B[3] Si[3]O[11] (OH,F)[2 ] A = Ca,Ce B = Al, Fe^3+, Mn^3+ Minerály Epidot Ca[2]Al[2]Fe^3+ (SiO[4])[3] OH Klinozoisiot Ca[2]Al[3] (SiO[4])[3] OH Zoisit Ca[2]Al[3] (SiO[4])[3] OH Allanit (Ce,Ca)[2]Al[3] (SiO[4])[3] OH Piemontit Ca[2]AlMn^3+[3] (SiO[4])[3] OH Substituce Al-Fe^3+, Al-Mn^3+, Výskyty Hydrotermální alpské žíly, pegmatity, skarny, metamorfované horniny bohaté Ca, Mn-bohaté metamorfované horniny Vesuvian Tetragonální Ca[10] (Mg,Fe)[2] Al[4] (SiO[4])[5] (Si[2]O[7])[2] (OH,F)[4 ]Vedlejší prvky: B, Na, Mn, Be Výskyty: skarny, alkalické vyvřeliny Další sorosilikáty Hemimorfit Zn[4]Si[2]O[7] (OH)[2] . H[2]O Pumpellyit Ca[2]Fe^2+Al[2] (SiO[4]) (Si[2]O[7]) (OH)[2] . H[2]O Cyklosilikáty Skupina silikátů, v níž jsou SiO[4] tetraedry spojeny do prstenců a jiných cyklických tvarů. Do této skupiny patří poměrně malé množství minerálů, část z nich ale důležitých horninotvorných minerálů. Skupina berylu Hexagonální Obecný vzorec: T(2)[3]O[2]T(1)[6]O[18 ] Minerály Beryl Be[3]Al[2]Si[6]O[18 ]Stoppaniit Be[3]Fe^3+[2]Si[6]O[18 ]Bazzit Be[3]Sc[2]Si[6]O[18 ] Obr. Struktura berylu Beryl je mnohem hojnější než oba další minerály a je pravděpodobně nejhojnějším minerálem Be vůbec. Jednoduché vzorce ale musíme nahradit podstatně složitějšími, uvažujeme-li skutečné složení berylu v přírodě. ^ C(Na,Cs)[2X-Y+Z] ^C(H[2]O,He,Ar)[2-(2X-Y+Z)+Na] ^T(2)(Be[3-XLiY][X-Y]) ^O(Al,Fe,Sc,Cr)^3+[2-Z] ^O(Fe,Mg,Mn)[Z] ^T(1)[Si[6]O[18]], kde 2 ^3 Y, X ^3Y, Z << 2 a 2 ^3 2X-Y+Z Hlavní vedlejší prvky zahrnují: Na, Fe, Mg, v pegmatitech navíc Cs a Li, v metamorfovaných horninách také Cr. Kationty v jednotlivých pozicích a substituční mechanismy lze odhadnout ze strukturního vzorce. Tetraedrická substituce vede ke snižování množství Be, oktaedrická substituce ke zvyšování Fe, Mg a Sc. V berylu je častý vysoký obsah H[2]O, Na a někdy i Cs, které jsou umístěny v kanálech v několika strukturně odlišných pozicích. Nejnovější výzkumy ukazují na zřetelnou mísitelnost mezi berylem a minerály skupiny cordieritu (Mg,Fe)[2]Al[4]Si[5]O[18] -- cordieritem a sekaninaitem. Zvýšený obsah Be v cordieritech z pegmatitů je poměrně častý, až 1,94 váh.% BeO, naopak beryl může obsahovat vysoká množství femických prvků, např. až 2,98 % Fe[2]O[3] a 2,24 % FeO. V cordieritu jsou známy dvě substituce pro vstup Be - NaBeAl[-1] a BeSiAl[-2]. Výskyty: Beryl se vyskytuje v různých geologických prostředích 1. granitické pegmatity - nejhojnější typ výskytu, několik set ppm Be je dostatečné ke krystalizaci berylu z taveniny. Složení berylu kolísá podle typu mateřského pegmatitu, v relativně primitivních pegmatitech se blíží teoretickému vzorci, v silně frakcionovaných pegmatitech může obsahovat vysoké obsahy Cs popř. Li. 2. greiseny a vysokoteplotní hydrotermální křemenné žíly 3. metamorfované horniny -- často obsahuje zvýšená množství např. Fe, Cr, Mg, Sc, aj. Skupina cordieritu Rombické Obecný vzorec M[2]Al[3] (Al Si[5] O[18]) Vedlejší prvky: Be, Li, Mn, CO[2], H[2]O, Na Minerály Cordierit Mg[2]Al[3] (Al Si[5] O[18]) Sekaninait Fe[2]Al[3] (Al Si[5] O[18]) Substituce Fe-Mg, NaBe-Al Výskyt Cordierit Je horninotvorným minerálem v metamorfitech bohatých Al v typické asociaci s křemenem a alumosilikáty -- andalusitem, granátem, slídami, živci. Vyskytuje se v periplutonicky metamorfovaných horninách (cordieritové ruly a migmatity -- Vanov, Bory) a kontaktně metamorfovaných horninách (cordieritové kontaktní břidlice -- plášť středočeského plutonu) Sekaninait v granitických pegmatitech bohatých Al (popsán jako nový minerál z Dolních Borů) a granulitech. Cordierit a sekaninait snadno podléhají pinitizaci -- přeměně na směs sericitu a choritů (šedozelené pseudomorfózy) Skupina turmalínu Trigonální Obecný vzorec: X Y[3] Z[6] T[6] O[18] (BO[3])[3] V[3] W X = Na*, Ca, , K Y = Mg, Fe^2+, Li, Al, Fe^3+, Mn, Zn, Cr^3+, V^3+, Ti^4+, () Z = Al, Mg, Fe^3+, Cr^3+, V^3+ T = Si, Al, B B = B V = OH, O W = OH, F, O Minerály Skoryl Na Fe[3] Al[6] Si[6] O[18] (BO[3])[3] (OH)[3] OH Dravit Na Mg[3] Al[6] Si[6] O[18] (BO[3])[3] (OH)[3] OH Foitit Fe[2]Al Al[6] Si[6] O[18] (BO[3])[3] (OH)[3] OH Uvit Ca Mg[3] Al[6] Si[6] O[18] (BO[3])[3] (OH)[3] O Ca Mg[3] MgAl[5] Si[6] O[18] (BO[3])[3] (OH)[3] OH Elbait Na (Li,Al)[3] Al[6] Si[6] O[18] (BO[3])[3] (OH)[3] OH Krystalová struktura a krystalografie Turmalíny jsou řazeny mezi cyklosilikáty, jsou trigonální, prostorová grupa R3m. Mají acentrickou strukturu, která vede k polárnímu vývoji krystalů a výrazným pyroelektrickým i piezoelektrickým vlastnostem. Obr. Krystalová struktura turmalínu Výskyty Minerály skupiny turmalínu (především skoryl a dravit) jsou nejhojnějšími minerály s podstatným obsahem B v horninách zemské kůry. Tato skutečnost je způsobena širokým polem stability těchto minerálů v PT projekcích a jejich značnou odolností vůči chemickým i mechanickým přeměnám. Díky refraktorním vlastnostech minerálů skupiny turmalínu, jejich přítomnost v horninách s velmi rozdílným chemickým složením a velmi rozdílným způsobem vzniku, patří mezi jedny z nejstudovanějších minerálů. Na složení turmalínů mají vliv - chemické složení mateřského media (např. tavenina, hydrotermální fluidum - zatlačovaná hornina) - složení asociujících minerálů - P-T-X podmínky vzniku Skoryl je typickým minerálem peraluminických většinou silně leukokratních granitů. Elbait - Li-pegmatitey Foitit - granity, pegmatitey Dravit metamorfované horniny metapelity Uvit - metamorfované horniny bohaté Ca Na stratiformních ložiscích rud nebo turmalinitech jsou zdrojem B velmi pravděpodobně klastické horniny kontinentálního původu popř. vulkanické exhaláty nebo evapority (dravit -- uvit - skoryl) Další cyklosilikáty Axinit Ca[2]FeAl[2] B Si[4]O[15] OH Dioptas CuSiO[2] (OH)[2 ]