Mineralogie I Prof. RNDr. Milan Novák, CSc. Mineralogický systém - silikáty •Osnova přednášky: • 1.Tektosilikáty 2.Shrnutí 3.Shrnutí silikáty 1. Tektosilikáty •Významná skupina silikátů s trojrozměrným skeletem tetraedrů SiO4, které jsou vzájemně propojeny všemi rohovými kyslíky. Do dutin pak vstupují většinou relativně velké kationy, popř. H2O a jiné kaniony (Na, Ca, K) a někdy také anionty (S, Cl). • •Skupina živců •Skupina foidů •Skupina zeolitů • Struktura tektosilikátu - zeolit 1. Tektosilikáty – skupina živců •Důležitá skupina minerálů, které patří spolu s křemenem (strukturně jde o tektosilikát) mezi nejrozšířenější minerály v zemské kůře. Jsou podstatnými minerály většiny vyvřelých hornin a obvykle jsou hojné v mnoha metamorfovaných i sedimentárních horninách. •Obecný vzorec AT4O8 nebo AT1(T2)3O8 •A = Na, K, Ca, •T1 =Al •T2 = Si, Al •minoritní Ba, Rb, Cs, Sr, Pb, P •Typické substituce: •Na-K, Ca-Ba, Al-Fe3+, NaSi - CaAl • Granit s K-živcem a plagioklasem nový-3 1. Tektosilikáty – skupina živců •Hlavní minerály: •Draselné živce: •K Al Si3 O8 •sanidin (K+Na) •ortoklas •mikroklin •Sodnovápenaté živce - plagioklasy: •Albit Na Al Si3 O8 •Anortit Ca Al2 Si2 O8 •Jednotlivé členy (albit, oligoklas, •andezín, labradorit, bytownit, anortit) • •Amazonit – zelený mikroklín •Adulár – K-živec vznikájící při hydrotemálních •pochodech •Barnaté živce: •Celsian Ba Al2 Si2 O8 •Hyalofan (K,Ba) Al Si3 O8 Feldsparseries 1. Tektosilikáty – skupina živců Mikroklin-amazonit 1. Tektosilikáty – skupina živců •Existuje neomezená mísitelnost mezi albitem a anortitem, malá mezi K-živci a anortitem. Mísitelnost klesá s teplotou. •Perthit – odmíšené albity v K-živci. • 1. Tektosilikáty – skupina živců •Všechny živce jsou charakterizovány trojrozměrným skeletem tetraedrů SiO4, které jsou vzájemně propojeny všemi rohovými kyslíky. Do dutin pak vstupují velké kationy (K, Na, Ca, Ba, Sr). • •Symetrie struktur a uspořádanost •Vysokoteplotní živce jsou monoklinické (sanidin) stabilní nad 1000 oC) – struktury jsou neuspořádané (distribuce kationtů Al a Si je nahodilá). S ochlazováním dochází v tetraedrických polohách T1 a T2 k uspořádávání Al a Si a to je příčinou poklesu symetrie na triklinickou. • •Částečně uspořádanou strukturu má ortoklas, tato struktura je stále ještě monoklinická (vzniká pomalým ochlazováním pod 800 oC) • •Dalším ochlazováním (pod 600 oC) vzniká úplně uspořádaný K-živec mikroklin (triklinický), má již pravidelně uspořádané Al a Si v tetraedrických polohách. Struktura živce 1. Tektosilikáty – skupina živců •Vlastnosti: •Barva: bílá, většinou světlá s různými odstíny, T = 6-6,5, h = 2,6-2,8, Ba-živce mají vyšší hustotu. Dobře až dokonale štěpné. • •Výskyt: Nejrozšířenější horninotvorné minerály vyskytující se různých typech magmatických (hlubinných i výlevných), metamorfovaných a často také sedimentárních hornin. V pegmatitech tvoří až několik m velké krystaly. Vyskytují se i na hydrotermálních žilách. • Amazonit Ortoklas 0616166001144691655 1. Tektosilikáty – skupina živců albit%20zatlačuje Často také dochází k vzájemnému zatlačování živců, např. K-živec albitem nebo Ca-plagioklasu (např. andezinu) albitem. Zatlačování K-živce albitem, Bližná II - výbrus 1. Tektosilikáty – skupina živců •Využití: důležitá keramická surovina. Jejich chemické složení odráží chemické složení horniny a je důležité pro odhad PT podmínek a pro geochemické interpretace. • •Živce jsou většinou málo odolné proti hydrotermálním alteracím a zvětrávání. Podléhají kaolinizaci a sericitizaci. Za nízkých teplot jsou stabilní albit a adulár, za vysoké teploty sanidin. Adulár 1. Tektosilikáty – skupina živců Diagramy ukazující alteraci K-živců 1. Tektosilikáty – skupina živců auto0 K-živec, Vlastějovice Ortoklas 1. Tektosilikáty – skupina živců 0272665001174422975 Albit narůstající na K-živec Albit Tuc2006-200smokyamazonite.jpg (85900 bytes) Amazonit 1. Tektosilikáty – skupina živců 0469523001051385202 Labradorit 1. Tektosilikáty – skupina skapolitu •Skupina minerálů velmi blízká plagioklasům •Mejonit 3 Ca Al2 Si2 O8 CaCO3 •Marialit 3 Na Al Si3 O8 NaCl •Neomezeně mísitelné podobně jako plagioklasy •Tetragonální •Vlastnosti: •barva bílá, nazelenalá, narůžovělá, většinou světlá s různými odstíny, • T = 5-6, h = 2,5-2,8, dobře až dokonale štěpné. •Výskyt: Poměrně časté horninotvorné minerály vyskytující se různých typech metamorfovaných a často také hydrotermálních hornin. Indikátory aktivity fluid. 0709049001090004329 087916800999458139 1. Tektosilikáty – skupina foidů •Zastupují živce v magmatických horninách s deficitem SiO2 a proto jsou označovány také jako „Zástupci živců“. Jejich struktury sestávají z trojrozměrné sítě tetraedrů, které jsou obsazeny ionty Si4+ a Al3+ až od poměru 1:1 (v nefelínu NaAlSiO4). Do jejich struktur ale často vstupují i další anionty, např. S, Cl, CO3. • •Nejdůležitější foidy: • nefelín (Na,K)AlSiO4 hexagonální • sodalit Na8Al6Si6O24Cl2 kubický • lazurit Na6Ca2Al6Si6O24S2 kubický •Vlastnosti: •zrnité agregáty podobné živcům, •některé foidy ale mají pestré zbarvení, např. •sodalit a lazurit jsou jasně modré, T = 5-6, H = 2,6-2,8, •většinou dobře štěpné. • •Výskyty: Většina foidů je svým výskytem omezena na horniny (magmatické a metamorfní), ve kterých není přítomen křemen, vyskytují se buď současně s alkalickými živci, nebo bez nich (při větším deficitu SiO2). Podléhají hyrotermálním alteracím. •Využití: důležité geologické indikátory nízké aktivity Si v horninách. Nefelín 1. Tektosilikáty – skupina foidů 0766661001118670841 0087856001151832230 0259491001028077371 Sodalit Lazurit 1. Tektosilikáty – skupina zeolitů •Skupina minerálů, které mají specifickou strukturu a z ní odvozené specifické fyzikální a chemické vlastnosti. Zeolity mají strukturou složenou ze vzájemně propojených tetraedrů. Tato struktura je prostorově uspořádaná tak, že obsahuje otevřené prostory ve formě kanálů nebo dutin. Ty jsou obvykle vyplněny H2O nebo kationy, které jsou vyměnitelné. Kanály jsou natolik velké, že umožňují i průchod příbuzných látek bez porušení struktury. • • 1. Tektosilikáty – skupina zeolitů 1. Tektosilikáty – skupina zeolitů •Obecný vzorec zeolitů • MxDy (Al x+2y Si n-x-2y O2n) . m H2O (Si > Al), •x a y se mohou rovnat •M = jednovalentní kationy (Na,K) •D = dvojvalentní kationy (Ca, Mg, Ba) • Al Si •aniony v kanálech H2O •Typické substituce: •CaAl – NaSi,2Na - Ca • •Důležité zeolity: •natrolit, stilbit, heulandit, laumontit, harmotom, analcim, leucit, klinoptilolit, mordenit, •Vlastnosti: •převážné bílé až bezbarvé, T =3-4, H = 2,0-2,2, nízké indexy lomu a dvojlom, vratná dehydratace při teplotách pod 400 °C, schopnost výměny kationů ve struktuře. analcim_gr Analcim 1. Tektosilikáty – skupina zeolitů •Výskyt: • Až na výjimky jde o typické nízkoteplotní a relativně nízkotlaké minerály vznikající zvětrávání silikátů při vysokém pH, diagenetickými pochody, hydrotermální alterací a regionální metamorfóze nízkého stupně. Typické horniny jsou např. •vulkanické a subvulkanické tufy a skla •nízce metamorfované horniny •dutiny ve vulkanitech •hydrotermální systémy na trhlinách hornin •alpská parageneze • •Využití: •zachycení různých typů polutantů •(radioaktivní látky, organické látky, SO2), •čištění různých látek •Zemědělství, výroba papíru leucite Leucit 1. Tektosilikáty – skupina zeolitů WORDPFCT Natrolit, Soutěsky 1. Tektosilikáty – skupina zeolitů Chabazit, Řepčice Stilbit 2. Shrnutí 1.Tato přednáška zahrnuje jen základní přehled hlavních minerálů ze skupiny tektosilikátů, ve skutečnosti je v této skupině několik set minerálů. 2.Ve skupině tektosilikátů jsou dvě odlišné skupiny - živce + foidy + skapolit (relativně vysoká tvrdost 5-6,5, hustota 2,5-3 a dobrá štěpnost); - zeolity (nízká tvrdost 2-5, nízká hustota 2,0-2,2 a dobrá štěpnost). 3.Tektosilikáty jsou až na výjimky světlé. Výrazné barvy mají foidy, např. lazurit. 4.Ve skupině tektosilikátů jsou dvě odlišné skupiny - živce (bez H2O); - zeolity (vysoký obsah H2O). Dále je typická přítomnost dalších aniontů, např. Cl, S ve foidech. 5.Minerály vznikají v širokém rozpětí teplot a tlaků (živce), nebo jen výhradně za nízkých teplot (zeolity). 6.Jen u části minerálů je nutné znát chemické vzorce (živce). Je ale nutné znát hlavní prvky jednotlivých minerálů. 3. Shrnutí silikáty 1 1.Silikáty zahrnují s výjimkou křemene, kalcitu a dolomitu všechny důležité horninotvorné minerály. 2.S ohledem na jejich velmi rozdílné struktury (vzájemné provázání SiO4 tetraedrů) a velmi rozdílné chemické složení (minerály obsahují vedle Si a O téměř všechny chemické prvky) se jejich vlastnosti poměrně výrazně liší. 3.Jejich barva kolísá především podle obsahu Fe (Mn), minerály s výraznou převahou Fe (Mn) jsou zbarvené (černé, hnědé, zelené, červené), minerály s Al, Na, Ca a Mg jsou většinou bezbarvé nebo světlé (žluté, nazelenalé) s různými odstíny. 4.Hustota je závislá na struktuře a chemickém složení včetně obsahu H2O. Minerály s vysokým obsahem Fe(Mn) a nízkým obsahem H2O mají relativně vyšší hustoty (3-4), minerály obsahující pouze alkálie (Na, K), Al a Ca mají hustotu 2,5-3, pokud obsahují navíc vysoké množství H2O, mají hustotu 2 i nižší. 5.Štěpnost je závislá na krystalové struktuře. Pokud obsahuje strukturní roviny, které jsou spojeny jen více či méně slabými vazbami mají: výtečnou (slídy), dokonalou (amfiboly, živce), dobrou (pyroxeny) štěpnost nebo jsou neštěpné (granáty). 3. Shrnutí silikáty 2 •Silikáty nejsou až na výjimky (např. živce, jílové minerály, zeolity) důležité hospodářsky. Jsou ale podstatnou součástí většiny a hornin, vznikají v širokém rozpětí teplot a tlaků a jsou proto důležité pro geologické studie: a) zemský plášť (vysoká teplota a vysoký tlak) •magmatický (někdy metamorfní) původ •- olivín, pyroxeny, pyrop, kyanit •b) střední části zemské kůry (vysoká teplota a středně vysoký tlak) •magmatický nebo vysoce metamorfní původ •- pyroxeny, amfiboly, živce, sillimanit, některé slídy •c) středně mělké části zemské kůry (vysoká až střední teplota, nízký tlak) •vysoce až středně metamorfní (vzácně magmatický) původ •- amfiboly, živce, almandin, cordierit, sillimanit, andalusit, staurolit, slídy •d) mělké části zemské kůry (střední teplota, nízký tlak) •středně metamorfní nebo hydrotermální původ •- živce, amfiboly, epidot, chloritoid, chlority, serpentin •e) povrchové a připovrchové části zemské kůry •diagenetický, zvětrávací, popř. nízkoteplotně hydrotermální původ • - jílové minerály, chlority, smektity, serpentin, živce, zeolity. • •Část minerálů vzniká ve velmi širokém rozpětí tlaků a teplot např. turmalíny. 3. Shrnutí silikáty 3 •Minerály (silikáty) jsou také indikátory např. chemického složení horniny: •a) horniny bohaté Al (tzv. peraluminické): Al2SiO5 modifikace, staurolit, chloritoid, almandin, cordierit, skoryl, muskovit, pyrofylit, kaolinit •b) horniny chudé Si (ultrabazické): olivíny, enstatit, serpentin, pyrop, flogopit, antofylit, tremolit, chlority, mastek •c) horniny s vysokou aktivitou těkavých látek: F – topaz, B – turmalín, Cl – skapolit, foidy •d) horniny s vysokou aktivitou alkálií (Na,K): alkalické jadeit, amfiboly, foidy, skapolit, albit, K-živce, Na,K-zeolity •e) horniny bohaté Ca: wollastonit, diopsid, tremolit, grossular, anortit, epidot, titanit, Ca-zeolity •Typické akcesorické minerály: zirkon, titanit, staurolit, cordierit, turmalíny, allanit, andalusit, kyanit, sillimanit