Mineralogie II Prof. RNDr. Milan Novák, CSc. Mineralogický systém - silikáty •Osnova přednášky: • 1.Strukturní a chemický základ pro klasifikaci silikátů 2.Nesosilikáty 3.Sorosilkáty 4.Shrnutí 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- X-site_nearest 1. Silikáty - klasifikace –Nesosilikáty – tetraedry izolované –- olivín, granáty, Al2SiO5 – –Sorosilikáty – 2 spojené tetraedry –- epidot – –Cyklosilikáty – tetraedry spojené do cyklů –- cordierit, turmalín, beryl – –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 - klasifikace 2. Nesosilikáty - skupina olivínu •Rombická •Obecný vzorec M2SiO4 • M = Mg, Fe2+, Mn • Forsterit Mg2 SiO4 • Fayalit Fe2 SiO4 • Tefroit Mn2SiO4 • Olivín – termín užívaný v petrologii • Ideálně mísitelné, • hlavní substituce Mg-Fe Fe-Mn • Vedlejší až stopové prvky: Ca, Zn, Ni • •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) • Horniny bohaté Mg a chudé Si • - hojný ve svrchním plášti • - ultrabazické magmatické (Smrčí, Kozákov) a metamorfované horniny např. - - dolomitické mramory (Studnice) • •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 • 0830694001104249534 2. Nesosilikáty- skupina granátu •Kubický •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 • •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 hexaedry (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 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 Grossular ve skarnu - Žulová Almandin-spessartin SpessartinImilchil-collector.jpg 2. Nesosilikáty- skupina granátu Andradit Grossular http://www.fabreminerals.com/specimens/s_images31/ER57.jpg 0508990001196809902 uvarovit 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 0866340001144699714 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: •Horniny bohaté Al •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 C:\Dokumenty\Milan\clanky nove\BD C1_1_BSE_1.tif 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: • Horniny bohaté Al • 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. •Topaz • Al2SiO4 (F,OH)2 • rombický •Vlastnosti: bezbarvý, modrý, žlutý, dokonale štěpný, t = 8, h = 3,6-3,8 •Výskyty: • Typický minerál greisenů, pegmatitů, těžký minerál. Staurolit nový-3 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) • 2. Nesosilikáty – další minerály nový-5 3. Sorosilikáty – skupina epidotu •Málo významná skupina, mají nízký stupeň polymerizace, dva spojené tetraedry Si2O7, někdy jsou ve struktuře přítomny SiO4 i Si2O7. •Skupina epidotu • Obecný vzorec A2B3 (SiO4)3 OH nebo A2B3 Si3O11 (OH,F)2 • A = Ca, Ce • B = Al, Fe3+, Mn3+ • Vedlejší prvky: Mg, Sr, Y • • Epidot Ca2Al2Fe3+ (SiO4)3 OH • Klinozoisit Ca2Al3 (SiO4)3 OH • Zoisit Ca2Al3 (SiO4)3 OH • Allanit-(Ce) Ce Ca Al3 (SiO4)3 OH • Substituce Al-Fe3+, Al-Mn3+, • Monoklinické, rombické • •Vlastnosti: zelený v různých odstínech, černý (allanit), dokonale štěpný, t = 6,5, h = 3,1-3,5 nový-3 3. Sorosilikáty – skupina epidotu •Výskyty: • Hydrotermální alpské žíly (Sobotín), pegmatity, skarny, metamorfované horniny bohaté Ca (Žulová). •Středně až málo odolné vůči alteracím (hlavně allanit). •Využití: indikátor vyšší aktivity O2 a je často produktem hydrotermálních alterací jiných minerálů. • C:\Documents and Settings\User\Dokumenty\Obrázky\epidot 1.jpg Allanit, Žulová Epidot, Vlastějovice • 0855961001198188812 4. Shrnutí 1.Tato přednáška zahrnuje jen základní přehled hlavních minerálů ze skupiny nesosilikátů a sorosilikátů, 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 a sorosilikátů 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 (olivín, granáty, Al2SiO5 modifikace, zirkon). 7. 7. 4. Shrnutí 7.Minerály dobře odolné hydrotermálním alteracím: • zirkon, staurolit, granáty, sillimanit • Minerály špatně odolné hydrotermálním alteracím: • olivín, andalusit, allanit 8.Minerály vznikající za velmi vysokých tlaků a teplot v podmínkách zemského pláště: • pyrop, olivín, kyanit • Minerály vznikající za nízkých tlaků v podmínkách svrchních částí zemské kůry: • andalusit, andradit, topaz, epidot 9.Důležité akcesorické minerály: • zirkon, titanit •