Ústav geologických věd PřF MU, Brno Prof. RNDr. Milan Novák,CSc. G8610 Petrologie magmatických a metamorfovaných hornin Anatexe I Osnova: 1. Dehydratační tavení 2. Tavení hornin s muskovitem (+křemen) 3. Tavení hornin s biotitem (+křemen) 4. Tavení hornin s amfibolem (+/-křemen) Anatexe (tavení) je jedním z nejdůležitějších procesů probíhajících v horninách. Dochází při něm k natavení (popř. úplnému roztavení) hornin různých typů (magmatických, metamorfovaných) s různým chemickým složením (nejčastěji metapelity ale i jiné např. metadroby a amfibolity) v různých úrovních zemské kůry i v plášti. Při segregaci taveniny od protolitu tak vzniká široká škála magmatických hornin, pokud k segregaci nedojde, vznikají migmatity. Důležité je také to, že při tomto procesu dochází k zásadní redistribuci chemických prvků, hlavních i stopových, a tak tento proces zásadně podporuje diferenciaci látek v zemské kůře a zemském plášti. 1. Dehydratační tavení Pro proces tavení je důležité chemické složení horniny a složení a množství fluidní fáze (H[2]O, CO[2], F, B aj.). Protože je v běžných metamorfovaných horninách (amfibolitová facie), v nichž dochází k natavení, množství fluid v hornině nízké, je nutná pro tavení přítomnost minerálu nebo minerálů se zvýšeným obsahem vody, většinou slíd, také amfibolů popř. i jiných minerálů (např. epidot). Obr. 1-1. PT diagramy pro natavení hornin (Patino Douce a Johnston 1991). Důležité termíny: solidus subsolidus protolit leukosom -- metatekt mesosom melanosom -- restit 2. Tavení hornin s muskovitem (+křemen) horniny: muskovitické ruly a popř. svory, křemen-živcové horniny s muskovitem Systém: SiO[2]-Al[2]O[3]-K[2]O-H[2]O Byla provedena řada experimentů v solidu a subsolidu a vzhledem k relativní jednoduchosti systému, jsou výsledky různých autorů dobře srovnatelné. Obr. 1-2. PT diagram pro natavení hornin v systému SiO[2]-Al[2]O[3]-K[2]O-H[2]O (Johannes a Holtz 1996). důležité reakce: subsolidus Qtz + Msc + Ab = Alkf + Sil + H[2]O solidus Qtz + Msc + Alkf + H[2]O = melt Qtz + Sil + Alkf + H[2]O = melt Petrogenetický význam: a) Muskovitické granity vznikají v poměrně úzkém poli PT podmínek - 640 °C pro 4 kbar až 700 °C pro 9-10 kbar, pokud není přítomen ve fluidech např. F a B. b) Horniny s muskovitem produkují jen malé množství taveniny a nemohou být protolitem pro velkoobjemové granitové taveniny, hornina s 25 obj.% muskovitu vyprodukuje max. 11-12 hm.% taveniny složením blízké granitickému minimu. 3. Tavení hornin s biotitem (+křemen) horniny: různé typy biotitických rul a metadrob Systém: SiO[2]-Al[2]O[3]-K[2]O-MgO-H[2]O Dehydratační tavení metapelitických hornin s biotitem bylo studováno v řadě experimentů a byla jim věnována největší pozornost. Vzhledem k poněkud větší komplikovanosti systému, jsou výsledky experimentů jednotlivých autorů poněkud méně konzistentní než u muskovitických hornin. Obr. 1-3. PT diagram pro natavení hornin v systému SiO[2]-Al[2]O[3]-K[2]O-MgO-H[2]O (Johannes a Holtz 1996). důležité reakce: subsolidus Qtz + Phl + Ab = Alkf + Opx + H[2]O solidus Qtz + Phl + Ab = Alkf + Opx + melt Qtz + Alkf + H[2]O = melt Bt + Plg 1 Qtz = Kfs + Opx + tavenina + Grt (Crd, Spl) Obr. 1-4. Diagram teplota versus objemové množství (%) taveniny v metapelitech a křemen-živcových horninách (Johannes a Holtz 1996). Obr. 1-5. P-T diagram znázorňující počátek tavení, horní limit stability biotitu, spodní limit stability ortopyroxenu a pole stability granátu cordieritu a spinelu (Johannes a Holtz 1996). . Petrogenetický význam: a) Dehydratační tavení biotitu je velmi efektivní pro vznik taveniny především pro velké rozšíření biotitu v horninách zemské kůry. b) Začátek tavení, množství taveniny a její složení jsou závislé na složení protolitu (např. obsah Na[2]O, CaO, poměr Fe/Mg) V metapelitu může vznikat 30-60 % taveniny při teplotě 800-900 °C a tlaku asi 7 kbar, metadroby vyžadují pro efektivní tavení asi o 100 ° vyšší teploty. c) Vyšší obsahy F, Ti a Al zvyšují pole stability biotitu do vyšších teplot a snižují množství taveniny. d) Granát, ortopyroxen, cordierit a spinel jsou typické produkty natavení a tak vznikají Al bohaté granulity, popř. Al-přesycené restity. 4. Tavení hornin s amfibolem (+/-křemen) horniny: amfibolity, různé typy metabazitů Systém: SiO[2]-Al[2]O[3]-Na[2]O-MgO-FeO-H[2]O Byla provedena řada experimentů, ale jejich interpretace nejsou jednoduché vzhledem ke komplikovanosti systémy ve srovnání s horninami s muskovitem i biotitem. důležité reakce: solidus Amf + Plg + Qtz = Cpx + Opx + Plg (vyšší An) + tavenina + Ilm Amf + Plg = Cpx + Opx + Plg (vyšší An) + tavenina + Ilm Petrogenetický význam: a) Dehydratační tavení amfibolitů začíná za nižšího tlaku, pod 10 kbar za teplot kolem 850 °C, pro vyšší tlaky i kolem 650 °C. Složení taveniny je relativně chudé Fe, Mg a Ca ve srovnání s tonality, teprve za teplot vyšších než 900 °C vznikají tonalitové taveniny. b) Restity mají složení granátických granulitů, amfibolitů nebo pyroxenických granulitů za nižších tlaků. c) SiO[2], K[2]O a Na[2]O jsou v tavenině vyšší než v protolitu, Ca, Fe a Mg se koncentrují v restitu. d) Tonalitové magma může vznikat natavením amfibolitů.