Proč jsou granáty tak důležité Granát je běžný minerál v magmatických, metamorfových i sedimentárních horninách. S rozvojem elektronové mikroanalýzy v průběhu šedesátých let minulého století se stal objektem zájmu řady petrologů, mineralogů a geochemiků. Granát představuje pevný roztok několika koncových členů, obvykle dominuje složka almandinová Fe3Al2(SiO4)3, spessartinová Mn3Al2(SiO4)3, pyropová Mg3Al2(SiO4)3 a grosulárová Ca3Al2(SiO4)3. Ale v menší míře do jeho struktury vstupuje celá řada jiných prvků, které mnohdy nesou cenné informace pro interpretaci geneze granátu a horniny. Jeho velká variabilita v chemickém složení a charakter zonálnosti, a to jak hlavních, tak i stopových prvků, hraje významnou roli při geotermobarometrických výpočtech, sestavování PT drah metamorfovaných hornin, studiu metamorfních reakcí a interpretace geneze a vývoje magmatických hornin. V případě sedimentárních hornin jsou granáty v asociaci těžkých minerálů široce používány při studiu jejich provenience, pro litostratigrafii sedimentárních komplexů a vzájemnou korelaci sedimentárních hornin. Struktura přednášky ØKrystalochemie granátu ØCharakteristika hlavních granátů ØPřepočet chemických analýz granátu na vzorec a koncové členy a grafické znázornění chemického složení granátu ØZonálnost granátu ØGranát v metamorfovaných horninách ØGranát v magmatických horninách Ø ØNová nomenklatura skupiny granátu vyšla v roce 2013 ØGrew et al. (2013) Nomenclature of the garnet supergroup. American Mineralogist 98, 785-811. Ø Ø Ø Krystalochemie skupiny granátu Silikáty s izolovanými tetraedry SiO4 Obecný vzorec granátu je X3Y2(TO4)3 Do jednotlivých pozic vstupují zejména následující kationy X = Mg, Fe2+, Mn2+, Ca, Na, Y, REE Y = Al3+, Fe3+, Cr3+, Ti4+, Mn3+, V3+, Sc, Zr4+ T = Si4+, Al3+, P5+, Fe3+, Ti4+ V granátu funguje celá řada homovalentních i heterovalentních substitucí. Krystalová struktura granátu ØGranáty patří mezi nesosilikáty, čili v jejich struktuře se vyskytují izolované tetraedry SiO4 Ø ØGranáty krystalují v kubické soustavě Øpatří do prostorové grupy Ia3d Øjedná se prostorově centrovanou kubickou mřížku. Ø ØKrystalová struktura byla poprvé popsána Menzerem (1926, 1928) pomocí metod práškové difrakce. Nověji se jí zabýval např. Novak a Gibbs (1971). Krystalová struktura granátu Ø ØZákladem struktury granátu jsou střídající se TO4 tetraedry a YO6 oktaedry ØV osmičetné koordinaci s kyslíkem (připomímající stočenou krychli) jsou X iony ØKoordinační polyedry dvojvalentních kationů nejsou pravidelné (délka všech vazeb a úhly nejsou stejné), tvarem připomínají deformovanou krychli, u níž jsou čtyři kratší a čtyři delší X-O vzdálenosti ØDvě hrany každého tetraedru a šest hran každého oktaedru jsou sdílené s polyedrem XO8 a čtyři další hrany polyedru XO8 jsou sdílené s hranami jiných polyedrů XO8 ØVysoké procento sdílených hran vede k těsnému uspořádání, s čímž souvisí i vysoká hustota, tvrdost a vysoký index lomu. Krystalová struktura granátu podle Novaka a Gibbse (1971) (SiO4)-4 (AlO6)-9 (MgO8)-14 Morfologie granátu Ø Nejčastěji tvoří granáty izometrická zrna a nedokonale vyvinuté krystaly. Avšak i dokonale vyvinuté krystaly jsou poměrně časté. Ø Ø Nejběžnější krystalové tvary jsou dvanáctistěn kosočtverečný a čtyřiadvacetistěn deltoidový nebo jejich kombinace Dvanáctistěn kosočtverečný Øgrosulár 6garnets-%20mixed 6garnet-almandine-NHMLA3928x almandin Čtyřiadvacetistěn deltoidový Øspessartin 6garnet4928 6spessartite-douglass40 almandin Kombinace dvanáctistěnu a čtyřiadvacetistěnu Øalmandin 6garnet-almandite172f 6garnet-mod-dec Fyzikální vlastnosti granátu ØTvrdost granátu (Mohs) = 7 – 7,5 ØHustota granátu: pyrop = 3,56 almandin = 4,32 spessartin = 4,19 grosulár = 3,59 andradit = 3,86 Granáty ØObecný vzorec granátu X3Y2(TO4)3 Ø ØWinchell (1933) rozlišil dvě hlavní řady granátu: Øřadu pyralspitu (pyrop, almandin, spessartin) Øřadu ugranditu (uvarovit, grosulár, andradit) Ø ØV rámci jednotlivých členů těchto řad existuje téměř úplná mísitelnost, avšak vzájemná mísitelnost mezi granáty pyralspitové a ugranditové řady je již výrazně omezenější. ØMimo těchto šesti nejběžněji se v přírodě vyskytujících koncových členů granátu existuje celá řada dalších Ø Ø řada pyralspitu: řada ugranditu: Ø pyrop Mg3Al2(SiO4)3 uvarovit Ca3Cr2(SiO4)3 Ø almandin Fe3Al2(SiO4)3 grosulár Ca3Al2(SiO4)3 Ø spessartin Mn3Al2(SiO4)3 andradit Ca3Fe2(SiO4)3 Ø Pyrop Mg3Al2[Si3O12] Červený, někdy až černý, purpurový Pyropový granát je typický minerál ultrabazik Peridotity, kimberlity, eklogity Možný vznik magmatický i metamorfní (UHP) Neexistuje čistý konc. člen (většinou příměs ALM, méně GRS; max. obsah 75% PRP. Často obsahuje příměs Cr – (až 8 hm.% Cr2O3) Jistá příměs Na (do 0,06%): substituce Ca2+Al3+ ßà Na+Si4+ Vztah mezi barvou pyropu a obsahem Cr2O3 Pyrop Mg3Al2[Si3O12] Pyrop Mg3Al2[Si3O12] ØSložení granátů bohatých pyropovou komponentou vybraných typů hornin. Almandin Fe3Al2[Si3O12] ØOranžovo-červený až červený ØNejhojnější typ granátu Ø ØExistují sice téměř čisté almandiny, nejčastěji ale ve směsi s pyropovou, spessartinovu, grosulárovou či andraditovou složkou, Ø ØRegionálně metamorfované horniny (metapelity, granulity, amfibolity) ØMetapelity: i téměř čisté almandiny, za relativně LP/LT je dále významná spessartinová komponenta, s rostoucím stupňem metamorfózy nabývá na významu pyropová komponenta ØAmfibolity: dále grosulárová a pyropová komponenta ØGranulity: dále pyropová, často i grosulárová komponenta ØAle i např. v některých skarnech a vápenatosilikátových horninách mohou být granáty dominantní almandinovou komponenetou (plus grosulárová či andraditová komponenta) Ø ØMagmatické horniny – granity, méně ryolity, dacity, andezity (alamandin-spessartin) Ø Ø Almandin Fe3Al2[Si3O12] Ø Složení granátů bohatých almandinovou komponentou vybraných typů hornin Spessartin Mn3Al2[Si3O12] ØŽlutý, oranžový až červený ØPůvod názvu – Spessart (Bavorsko, Německo) Ø ØExistují sice téměř čisté spessartiny, nejčastěji ale ve směsi s almandinovou složkou, ØNěkdy i zvýšené obsahy grosulárové komponenty 22 – 33% (metamorfovaná Mn ložiska – Chvaletice, skarny) ØVzácně zvýšené obsahy andraditové komponenty – magmatické horniny s vyšší fO2 (např. A-typová magmatity s magnetitem) Ø ØPyropová komponenta obvykle nízká (X %) Ø ØStopové prvky – Y »Sc, Zn Ø ØTypický granát granitických pegmatitů, aplitů, vzácněji ryolitů ØDále některé skarny, metamorfovaná Mn ložiska, manganonosné regionálně metamorfované fylity (New Zealand, California), kvarcity (Kojetín) Ø Spessartin Mn3Al2[Si3O12] Ø Složení granátů bohatých spessartinovou komponentou vybraných typů hornin Grosulár Ca3Al2[Si3O12] Ø žlutý až červeno-hnědý, zelený Ø Název odvozen od – angrešt (grossularia) Ø Nejčistší známý – 98% Grs Ø Nejčastěji tvoří isomorfní směs s andraditem (Fe3+) a almandinem (Fe2+) Ø Za určitých podmínek i dobrá mísitelnost se spessartinem Ø regionálně a kontaktně metamorfované vápenato-silikátové horniny (skarnech aj.), rhodingity, Ø Méně běžný pro regionálně metam. horniny – mramory, některé ruly, diopsidické granulity – a serpentinity Ø Vzácný v pegmatitech – Ruda nad Moravou (u serpentinitu) Ø Varieta grosuláru – hesonit (Fe bohatý grosulár) – kontaktně metamorfované vápenato-silikátové horniny (okolí Šumperka) Ø Ø Grosulár Ca3Al2[Si3O12] Ø Složení granátů bohatých grosulárovou komponentou vybraných typů hornin Andradit Ca3Fe2[Si3O12] Ø Typickým prostředím pro andradit jsou metamorfované vápenato-silikátové horniny, zejména skarny: 3CaCO3 + Fe2O3 + 3SiO2 àCa3Fe2Si3O12 + 3CO2 Ø Andradit je též znám z pyroxenických granulitů (spolu s almandinem) Ø V alkalických vyvřelinách jsou andradity tmavě hnědé až černé, zonální a obsahují hodně Ti Ø Mnohé andradity mají složení blízké koncovému členu Ø Časté jsou i pevné roztoky s grosulárem, almandinem a spessartinu Ø Mnohé skarnové andradity jsou opticky a chemicky zonální Ø Známé i cínonosné andradity (ze skarnů) - až 1,5% SnO2 substituce XCa2+ n XSn2+ nebo TSi4+ n TSn4+ Titanonosné granáty Øje-li Fe3+ < Ti - schorlomit Ca3(Ti, Fe3+)2(Si, Fe3+)3O12 Ø Ø substituce: Ti4+(Y) + Fe3+(T) ßà Si4+(T) +M3+(Y); M = Al, Fe Ø ØAle známa i substituce Fe2+(Y) + Ti4+(T) + (OH)- ßà Fe3+(Y) + Si4+(Z) + O2- 1. ØU andraditů (schorlomitů) s vysokým obsahem Ti (max. známý obsah TiO2 – 27,4%) je možný i vstup Ti do T pozice Si4+ n Ti4+ Ø a do X pozice R2+ + Ti4+ n 2R3+ Ø ØTitanonosné granáty se vyznačují zvýšeným obsahem dalších prvků – Zr, REE, Cr, Zn, Sn, V a P Ø ØU nás se vyskytují granáty s Ti a Zr (schorlomity) v Českém středohoří Uvarovit Ca3Cr2(SiO4)3 Ø Nejčastěji v řadě uvarovit – grosulár, méně často uvarovit – andradit Ø Známy i granáty s 91% uvarovitové složky Ø Nejvzácnější ze šesti hlavních konc. členů Ø Čisté uvarovity známy jen ze serpentinitů svázaných s ložisky Cr – mladší na trhlinách, skarnů a mramorů; Lokality: Karélie, Outokumpu Ø minoritní komponenta, ale typická v peridotitech a kimberlitech 0788666001095712180 Uvarovite Uvarovite Hydrogranáty Ø Jiná jména – hibschit, plazolit Ø Patrně běžnější, než se myslí; nejběžnější hydrogrosulár – katoit Ca3Al2(□)3(OH)12 Ø nejčastěji v kontaktně metamorfovaných horninách, zejména rodingitech (Ca metasomatóza v ultrabazikách) Ø U nás znám z též z metamorfovaných slínů (Pabst 1942) Ø Dále je známý: hydroandradit– z alterovaného serpentinitu, skarny Mn-hydrogranát – henritermiérit Ca3Mn3+2Al0,5)(Si2)(□)O8(OH)4 Ø Ø Vstup F do struktury hydrogranátu (v moldanubických skarnech až 3 hm %. Granáty s V a Zr ØGoldmanit Ca3V23+Si3O12 (Muto, Meyerowirz 1964) – Rusko, Čína. Pevný roztok goldmanit – grosulár. Zelený, žlutozelený; v metamorfovaných vanadem bohatých sedimentech. Ø ØKimzeyit Ca3Zr2(Al2Si)O12 (Milton et al. 1961); Zr bývá zastupováno Ti a Al nahrazováno Fe3+. Znám z karbonatitů, šošonitického čediče, lamprofyrů. –Ito a Frondel (1967) zjistili téměř úplnou mísivost v řadě Ca3Fe2Si3O12 - Ca3Zr2Al2SiO12 - Ca3Ti2Fe2SiO12 andradit – kimzeyit – schorlomit Y a HREE v granátech ØV přírodních granátech se může ve vyšším než stopovém množství vyskytovat Y a HREE. Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø ØČistý ytriový granát tzv. ytrogranát Y3Al2Al3O12 (Yoder a Keith 1951) známý pod zkratkou YAG je vyráběn synteticky. ØMezi další granáty vyráběné synteticky patří ytrium železitý granát (YIG), který je silně magnetický ØGadolinium galiový granát Gd3Ga2Ga3O12 (GGG) lanthanoidova kontrakce Rozdělení vzácných zemin mezi jednotlivé minerály je funkcí zejména iontového poloměru - závisí na shodě velikosti prvku s velikostí koordinačního polyedru ve struktuře minerálu. Granáty bývají nabohacené HREE a Y ve srovnání s LREE. V důsledku vyšších obsahů Y než MREE a HREE v korových horninách je Y u granátu, obvykle převažující prvek vzácných zemin (Gramaccioli et al. 1999). Y a HREE v granátech ØV granátech granitů a pegmatitů může obsah Y203 dosahovat až 3 hm.% (Wang et al. 2003); –~13 hm. % Y v granátech z metamorfovaných hornin – felsických granulitů (Grew et al. 2010; Marsh et al. 2012) Øojediněle i některé HREE (Yb, Er) můžou být nad mezí detekce EMP Ø ØMožný vstup Y do struktury granátu: Ø(i) YAG substituce - [X(Y,REE)3+1T(Al3+,Fe3+)1X(R2+) -1TSi-1], běžná ve spessartin-almandinových granátech z pegmatitů (e.g., Jaffe 1951) i z metamorfovaných hornin (Røhr et al. 2007); Ø(ii) Provázený vstupem Na do X-pozice [Na+1(Y,REE)3+1(R2+)-2] (Enami et al. (1995) z granátu v metamorfovaných ortorulách; Ø(iii) menzeritová-(Y) substituce X(Y,REE)3+1YR2+1XR2+-1Y(Al,Fe)3+-1 popsána z felsických granulitů (Grew et al. 2010; Marsh et al. 2012) a magmatických spessartinových granátů (Honig et al. 2014) U metapelitů obsahujících xenotim a granát existuje silná teplotní závislost obsahu Y v granátu S rostoucí T obsah Y v granátu klesá Na základě tohoto funkčního vztahu byl zpracován i granát (YAG) – xenotimový termometr K nejsilnějšímu poklesu [Y]Grt dochází během granátové a staurolitové zóny, s čímž souvisí největší přesnost při použití tohoto termometru pro pelity metamorfované za nižších teplot Ve spodní granátové zóně se obsahy Y v granátu pohybují kolem 4000 ppm, ve svrchní granátové zóně kolem 1000 ppm a v sillimanitové zóně dosahují přibližně jen 150 ppm Ø Závislost obsahu Y v granátu na T. Vodorovné úsečky představují rozsah teplot při stanovení koncentrací Y s přesností ±100 ppm (Pyle a Spear 2000) Ø Y a HREE v granátech REE v granátech s rostoucí metamorfózou Ø Chondritem normalizovaný REE obsah v granátech. Přechod zleva doprava vyjadřuje změnu obsahu REE s rostoucí metamorfózou (Bea, Montero 1999) Ø ØS rostoucí metamorfózou Øse zvýrazňuje negativní Eu anomálie Øgranáty jsou bohatší Sm, Gd, Tb, Dy a Ho Øvykazují plochý až klesající chondritem normalizovaný model MREE a HREE Ø Ø Přepočet chemických analýz granátu na vzorec ØObecný vzorec granátu je X3Y2(TO4)3 ØX = Mg, Fe2+, Mn2+, Ca, Na, Y, REE, Sc ØY = Al3+, Fe3+, Cr3+, Ti4+, Mn3+, V3+, Zr4+ ØT = Si4+, Al3+, P5+, Fe3+, Ti4+ Ø ØPřepočet na 12 kyslíků ØPřepočet na 8 kationů a rozpočet Fe2+ a Fe3+ Ø ØNejprve vyšetření předpokládaných substitucí ØNapř. Y – pozice: Al3+, Cr3+, V3+, Ti4+, Zr4+ a do plné pozice (2) doplním Fe3+ Ø T-pozice: Si4+, P5+, a dále Al3+ YAG, Al3+ Brl, Al3+ def do 3 kationů Ø X-pozice: zbytek Fe, které jsme nedali do pozice Y, a ostatní kationy Grafické znázornění chemismu granátu mubtt ortorula grt Rozložený tetraedr C:\Renata\CGS papirovani\projekt korelace sev okraje moldanubika\turmalinity\clanek MZM 2007\obr 6.tif Trojúhelníkový graf Grafické znázornění zonálnosti granátu Ø profil grt valoun granulitu C:\Renata\CGS papirovani\projekt korelace sev okraje moldanubika\turmalinity\clanek MZM 2007\obr 6.tif Zonálnost granátu Grs Prp Alm Sps ZONÁLNOST GRANÁTU ØDva základní typy zonálnosti: –zonálnost růstová –zonálnost difúzní Ø ØZonálnost růstová je řízena kontinuálními anebo diskontinuálními změnami ve složení okolní hmoty, která dodává materiál rostoucímu krystalu. Základní podmínkou pro vznik růstové zonálnosti je nízká objemová difúze. Ø ØZonálnost difúzní - při ní dochází ke vzniku nové zonálnosti u původně homogenního nebo zonálního krystalu, v důsledku difúze. Při difúzi dochází k výměně materiálu mezi krystalem granátu a okolními minerálními zrny nejčastěji pomocí defektů v krystalové mřížce v důsledku gradientu v chemickém potenciálu. Uplatňuje se zejména při zvyšování teploty nebo chladnutí horniny a je tedy důležitým zdrojem informací o retrográdních procesech. Ø Růstová zonálnost - význam frakční krystalizace Ø Princip frakční krystalizace lze snadno popsat na reakci Ø chlorit + muskovit + křemen = granát + biotit + H2O. Ø Minerální asociace s chloritem, křemenem a muskovitem začne reagovat při teplotě T2 a začne růst granát a biotit v rovnováze s chloritem. Jejich složení odpovídá průsečíku T2 a příslušných křivek. S rostoucí teplotou bude chloritu ubývat a všechny fáze se budou obohacovat hořčíkem, jejich složení se bude posouvat ve směru šipek. V případě, že by docházelo ke kompletní homogenizaci všech fází, systém by měl neustále stejné celkové složení, jednalo by se o rovnovážnou krystalizaci. V tomto případě by byl všechen chlorit zkonzumován při teplotě T3 a reakce by přestala probíhat. Výsledný granát by byl homogenní a jeho složení by odpovídalo primárnímu chemickému složení systému. Pokud materiál opouští systém např. izolací materiálu v jádrech minerálů, kde již nemůže dále reagovat, jedná se o frakční krystalizaci. frakcni krystalizace granatu Prográdní zonálnost granátu Typický profil prográdní růstové zonálnosti granátu v důsledku frakcionace (Podle Stowella a Tinkhama) Prográdní a retrográdní zonálnost ØTypický profil prográdní růstové zonálnosti granátu v důsledku frakcionace (pokles Mn a Fe/(Fe+Mg) od jádra, a nárůst Mg a Fe) ØGranáty metapelitů často vykazují Mn obohacené okraje (obvykle zóna do X0 mm) doprovázené úbytkem Mg a Mg/(Mg + Fe) ØTato zonálnost granátů je typická ve vzorcích, které vykazují znaky retrográdních pochodů: zatlačování granátu chloritem ØBěhem chloritizace granátu je Mn re-inkorporován do granátu z důvodu velice nízkého poměru Mn/(Mn + Fe) v chloritu a nízkých distribučních koeficientech Mn v jiných okolních silikátech. ØChlorit preferuje Mg a tedy vyšší poměr Mg/(Mg + Fe), v důsledku čehož je granát ochuzovaný o Mg Ø prográdní zonálnost retrográdní zonálnost Difúzní zonálnost ØDifúze představuje transport materiálu v důsledku gradientu chemického potenciálu, který může být dán buďto gradientem v chemickém složení systému nebo teplotním gradientem ØLze rozlišit difúzi objemovou a intergranulární (Brady 1975) ØPři objemové difúzi je materiál transportován prostřednictvím bodových defektů v krystalové struktuře ØV případě intergranulární difúze dochází k transportu materiálu podél rozhraní zrn nebo podél dislokací v krystalech Ø ØVýznam každé z nich je silně závislý na teplotě ØDifúze objemová je charakteristická pro granáty ve výše metamorfovaných horninách (nad sillimanitovou izográdu, přibližně nad 650°C) (Yardley 1977) a v magmatických horninách obvykle nad 700°C ØV granátech výše metamorfovaných hornin nebo vysokoteplotních granátů magmatických hornin dochází v důsledku post-růstové objemové difúze, obvykle ve fázi chladnutí horniny, k homogenizaci granátů, případně ke změně pre-existující zonálnosti ØDifúze intergranulární probíhá za nižších teplot (Freer 1981) Difúzní zonálnost ØObjemová difúze Ca v granátu je pomalejší ve srovnání s objemovou difúzí Mg, Fe a Mn z důvodu většího iontového poloměru Ca (Chakraborty a Ganguly 1991). Rovněž stopové prvky, např. Y a HREE mají nižší rychlost difúze. Ø ØČas potřebný k homogenizaci granátů je závislý nejen na teplotě, ale také na fO2 a složení granátu. Ø ØV některých horninách tak můžeme najít kompletně homogenizované menší krystaly granátů, avšak větší zrna mohou mít ve svém jádru relikt dřívější chemické zonálnosti. Prográdní zonálnost granátu a difúzní zonálnost při okraji zrna Ø Prográdní metamorfní zonálnost granátu projevující se poklesem Mn, Fe/(Fe+Mg) a nárůstem Mg směrem od jádra k okraji zrna Ø Ø Zonálnost při okraji porfyroblastu granátu způsobená difúzní výměnou mezi granátem a s ním sousedícím jiným Fe-Mg silikátem, např. biotitem Ø grt KOV Ca bohaté mezikruží - kompatibilní s konzumací nějaké vápníkem bohaté fáze během růstu granátu Jiné typy zonálnosti 29JBEI Oscilační zonálnost - Epizodický přísun některého prvku např. v magmatických horninách či při opakované metasomatozóze skarnů - Kolísání PT podmínek Sektorová zonálnost - Přednostní zabudovávání některého prvku v určitých krystalografických směrech Kombinace oscilační a sektorové zonálnosti Zonálnost Y a HREE v granátech Ø Distribuce Y v granátu z metapelitů granát-cordieritové zóny New Hampshire (vrchol metamorfózy 700-730 °C, 0.2-0.4 GPa). Ø Obsah hlavních prvků byl homogenizován difúzí. Ø Silná zonálnost Y odráží růst granátu s rostoucí T (550 -700°C) (Pyle a Spear 1999) Zonálnost obsahu Y a HREE zůstává uchována i u silně metamorfovaných granátů, na rozdíl od zonálnosti hlavních kationů, které bývají kompletně homogenizovány, v důsledku jejich vyšších difúzních rychlostí. Zonálnost Y a HREE v granátech ØZonálnost Y a HREE v granátu je ovlivněna výrazně některými akcesorickými minerály jako např. apatit, xenotim, monazit a zirkon. ØV horninách metamorfovaných v granulitové facii je charakteristický úbytek množství apatitu, xenotimu. Xenotim je konzumován během reakcí při nichž vzniká granát. Během rostoucí metamorfózy v granulitové facii jsou uvolněné Y a HREE zabudovávány do struktury granátu (Bea a Montero 1999), což může vést k nabohacení Y v okrajové zóně granátu Ø Ø U některých granátů staurolitové zóny se vyskytují prstence se zvýšenými obsahy Y Tyto prstence indikují staurolitovou izográdu, při níž dochází ke konzumaci granátu během růstu staurolitu v Al-chudých metapelitech a následný růst granátu po zkonzumování chloritu, v důsledku čehož již reakce vzniku staurolitu neprobíhá. Granát zakoncentrovává prvky vzácných zemin z resorbovaného granátu, které potom vytváří prstenec nabohacenýn těmito prvky Ø Distribuce Y v granátech z metapelitů staurolitové zóny, koncentrace uvedeny v ppm (Pyle a Spear 1999). Zonálnost Y a HREE v granátech Granát v metamorfovaných horninách Ø Granát v metapelitech ØGranát patří společně s chloritem, biotitem, staurolitem, kyanitem, sillimanitem a cordieritem mezi důležité indexové minerály v metapelitech. ØGranát je charakteristický minerál zejména pro tzv. barrovienský typ metamorfózy (střední poměr P/T). ØVznik granátu při metamorfóze typu Buchan (nízký poměr P/T) je silně ovlivněn chemickým složením horniny. Při nízkých tlacích za nichž metamorfóza typu Buchan probíhá, nemusí proběhnout reakce vzniku granátu, neboť nezasáhne pole složení horniny, ke vzniku granátu dojde jen v Fe-bohatých horninách nebo je-li v hornině CaO a MnO (Konopásek et al. 1998). ØPři vysokotlaké (alpinské, vysoký poměr P/T) ) metamorfóze vzniká granát bohatý pyropovou komponentou. Granát v metapelitech (převážně Konopásek et al. 1998) Ø Granátová a staurolitová zóna ØPrvní reakcí, kterou se v KFASH systému objevuje granát je reakce Ø Fe-chloritoid + annit = almandin + muskovit + H2O Ø Ve většině pelitů však tato reakce neproběhne, je omezena na složení hornin s velmi vysokým obsahem Fe. ØVe většině Al-chudých metapelitech (systém KFMASH) vzniká granát reakcí (Konopásek et al. 1998) Ø chloritoid + biotit + H2O = granát + chlorit ØV idealizovaném KFMASH systému bude dále probíhat kontinuální reakce Ø chlorit + muskovit + křemen = granát + biotit + H 20 Ø za vzniku granátu (Mezger et al. 2001). V reálném horninovém systému však tato reakce může probíhat i za nižších teplot až okolo 440°C. ØV případě, že je v hornině přítomen epidot, může granát růst i na úkor epidotu reakcí (Mezger et al. 2001) Øchlorit + muskovit + epidot + křemen = granát + biotit + plagioklas + H20 Ø ØVznik prvního granátu v hornině je silně závislý na celkovém chemickém složení horniny, zejména na obsahu MnO a CaO. Proto v terénu je granátová izográda často nepravidelná. Granát v metapelitech (převážně Konopásek et al. 1998) Ø Granátová a staurolitová zóna ØAsociace granát + chlorit (+ muskovit + křemen) je v metamorfovaných pelitech středního stupně velmi rozšířená. Pole stability této asociace v systému KFMASH je však značně omezené. Granát v tomto systému vzniká při teplotě kolem 520°C (Spear a Cheney 1989), ale již při zvýšení teploty zhruba o 20°C se granát a chlorit v Al-chudých metapelitech rozpadá za vzniku staurolitu a biotitu. Ø granát + chlorit = staurolit + biotit + H2O Ø granát + chlorit + muskovit = staurolit + biotit + křemen + H2O Ø Těmito reakcemi se objevuje první staurolit v Al-chudých metapelitech -staurolitová izográda Ø ØVelké rozšíření zmiňované asociace s granátem je především ovlivněno vysokou frakcionací Mn granátem. Pokud je v systému přítomen MnO, vstupuje do granátu a snižuje teplotu reakce při níž granát vzniká až na 440°C a reakci, která granát a chlorit konzumuje za vzniku staurolitu posouvá do vyšších teplot. Obě reakce tedy zvětšují pole stability granátu se zvyšujícím se obsahem spessartinové molekuly v granátu. Ø ØPodobný účinek na stabilitu granátu jako MnO má i vstup CaO do granátu, zde je však situace komplikovanější z důvodu vstupu CaO i do jiných minerálních fází. Srovnání stability granátu v systému KFMASH a MnNCKFMASH, šrafovaně je znázorněna stabilita fází Al2SiO5, podle Tinkhama et al. (2001). Ø Granát v metapelitech (převážně Konopásek et al. 1998) Ø Sillimanitová a cordieritová zóna Ø ØRůst granátu v sillimanitové zóně je často řízen reakcí (Pyle a Spear 1999) Ø biotit + sillimanit = granát + muskovit Ø ØCordierit se v horninách v systému KFMASH při barrovienské metamorfóze obvykle objeví po proběhnutí reakce Ø biotit + sillimanit = granát + cordierit + H2O ØV případě nízkotlaké metamorfózy vzniká cordierit dříve než sillimanit terminální reakcí – chlorit = cordierit + biotit + andalusit Ø ØV obou těchto metamorfních zónách je granát běžně v horninách přítomen. Ø Ø Granát v metapelitech (převážně Konopásek et al. 1998) Ø Sillimanitová a cordieritová zóna ØZonálnost granátů sillimanitové a cordieritové zóny: zvonovitý Mn profil není přítomný. ØZejména malé granáty jsou nezonální, větší granáty v některých případech vykazují slabší či silnější zonálnost projevující se poklesem Mn od jádra k okraji zrna, doprovázeném nárůstem Fe a poměru Fe/Mg (Wodsworth 1977, Anderson a Olimpio 1977, Tracy 1982). ØTato změna v chemickém složení na profilu granátu s rostoucím stupněm metamorfózy je často doprovázená úbytkem množství inkluzí Ø ØVznik nezonálních granátů lze vysvětlit: Ø 1) růstem nezonálních granátů - růst za dostatečně vysokých teplot nutných pro re-ekvilibraci granátů difúzí Ø 2) homogenizací původně zonálních granátů difúzí - růst granátů za teplot, při nichž difúze není účinná, ale posléze dojde k nárůstu teplot, který umožní homogenizaci původně zonálních granátů difúzí Granát v metapelitech Ø Homogenizaci granátu na základě složení ilmenitových inkluzí v cordieritové zóně prokázal Wodsworth (1977). Ø Ø Předpokládal, že inkluze ilmenitu vznikaly v rovnováze se složením okolního hostitelského granátu. Ø Ø Na základě předpokladu rovnovážného složení granátu a ilmenitových inkluzí spočítal z poměru Mn/(Mn + Fe) v ilmenitech původní složení zonálního granátu před homogenizací. Obsah jednotlivých kationů na profilu granátem před a po homogenizaci (Wodsworth 1977). Granát v horninách metamorfovaných v granulitové facii ØGranulity vznikají z různých protolitů: Ø metamorfózou granitoidů či pelitů v granulitové facii vznikají světlé felsické granulity Ø metamorfózou mafických hornin tmavé mafické granulity Ø ØGranát je charakteristický jak pro felsické granulity, tak pro vysokotlaké mafické granulity ØSložením granáty granulitů odpovídají pyrop-almandinům s obsahem pyropové komponenty v některých případech až 50 mol %. Dále často obsahují zvýšené obsahy grosulárové komponenty (až 25 mol % Grs). Ø ØGranáty granulitů jsou obvykle homogenní, bez zonálnosti Homogenizace granátu je způsobena objemovou difúzí hlavních kationů ve vysokých teplotách, kterými tyto horniny prošly. Ke kompletní homogenizaci granátů postačuje přibližně čas kolem 1 Ma strávený ve vysokoteplotní granulitové facii (O'Brien 1999). Ø Granát v horninách metamorfovaných v granulitové facii ØBěhem fáze isotermální dekomprese granulitů dochází v některých případech k vývoji zonálnosti projevující se poklesem Ca kompenzované nárůstem Fe a Mg u okraje zrna ØVznik této zonálnosti vysvětluje O'Brien (1999) několika možnými reakcemi: ØAlm-Grs (z granátu) + rutil = anortit (v živci) + ilmenit + křemen ØGrs (z granátu) + kyanit + křemen = anortit (v živci) ØGrs (z granátu) + kyanit = anortit (v živci) + korund Ø Ø Pro všechny tyto reakce je společný vznik anortitové molekuly na úkor grosulárové komponenty z granátu Ø Ø Typická dekompresní zonálnost granátu z granulitu (O'Brien 1999) http://www.geo.uni-potsdam.de/Personal/OBrien/Grantext/Gr_fig4d.jpg Granát v termometrii ØTermometry založené na kationtové výměně (Grt-Bt, Grt-St, Grt-Cdr…): Ønapř. pro granát-biotit ØFe3Al2Si3O12 + KMg3AlSi3O10(OH)2 = Mg3Al2Si3O12 + KFe3AlSi3O10(OH)2 ØPyrop + Annit = Almandin + Flogopit Ø ØPrvně byl kalibrován Thompsonem (1976): ØT°C = (2740 + 23.4P)/(ln KD + 1.56) - 273 Ø kde KD = (Fe/Mg)Grt/(Fe/Mg)Bt a P je tlak v kilobarech Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Granát v termometrii ØNově konstrukce tzv. pseudosekcí - Thermocalc a Perplex Ø http://serc.carleton.edu/images/research_education/equilibria/tc_for_comparison.jpg http://serc.carleton.edu/images/research_education/equilibria/perplex_for_comparison.png Pseudosection created by THERMOCALC for comparison with Perplex results Granát v magmatických horninách ØGranát přestavuje běžnou akcesorii v magmatických horninách. ØVznik granátu v magmatických horninách: –Magmatický minerál •krystalizující v pozdních stádiích vývoje magmatu v granitických aplitech a pegmatitech •v některých peraluminických granitech (typicky s ASI > 1,1), vzácně i v magmatických horninách s nižším obsahem Al (kde ASI ~ 1) –na úkor jiného magmatického minerálu, např. biotitu s rostoucím ASI zbytkové taveniny –náhodné xenokrysty v důsledku kontaminace magmatu okolními horninami např. rulami –peritektické granáty – parciální tavení restitu (dehydratační tavení biotitu provázené vznikem granátu) ØGranát magmatických hornin je nejčastěji z řady almandin-spessartin ØČastěji jsou granáty popisované z hornin plutonických a žilných, ale nejsou žádnou výjimkou výskyty granátů i ve vulkanitech. Granitické pegmatity a aplity ØV rámci pegmatitového tělesa však jeho distribuce značně kolísá, ale může být vyvinut ve všech texturních pegmatitových zónách a v různých minerálních asociacích. ØChemické složení granátů z pegmatitů studovala řada autorů např. Clarce (1981), Manning (1983), Baldwin a Knorring (1983), Novák (1988) . ØAž 95% všech granátů z pegmatitů a granitů je z řady almandin-spessartin (Baldwin, Knorring 1983). Obsah ostatních granátových komponent je obvykle velice nízký a to zejména u granátů s vysokým obsahem spessartinové molekuly. ØVysoké obsahy grosulárové komponenty (až 31,2%) v granátech pegmatitů popisuje Novák (1988), považuje je za primitivní pegmatoidní horniny vzniklé při metamorfní diferenciaci, na což poukazuje jejich geologická pozice, jednoduchá minerální asociace srovnatelná s okolními metamorfovanými horninami a podobné složení granátů v pegmatitech a okolních metamorfovaných horninách příkrovů Vysoké hole. Ø Granitické pegmatity a aplity ØObsah spessartinové komponenty vzrůstá se stupněm diferenciace pegmatitu, obvykle tedy je nejnižší v okrajových zónách pegmatitu a směrem do jádra jeho obsah stoupá ØNevyšší obsah spessartinové komponenty je v extrémně diferencovaných pegmatitech s Li, Cs, Ta-mineralizací (Baldwin, Knorring 1983). Například v albitové zóně litného pegmatitu West Suk v Keni obsah spessartinové komponenty dosahuje až 96,2% ØV okrajových zónách pegmatitů může být jen několik procent spessartinové molekuly. ØTento vývoj chemického složení granátu v granitoidních horninách souvisí se zakoncentrováváním Mn2+ v tavenině v důsledku jeho většího iontového poloměru ve srovnání s Fe2+, magmatický vývoj je tedy charakterizován zvyšujícím se poměrem Mn2+/Fe2+. ØAlmandin-spessartiny z pegmatitů a aplitů jsou často zonální. Nejčastěji se zonálnost projevuje nárustem spessartinové komponenty ve směru od jádra k okraji zrna kompenzované zejména poklesem almandinové komponenty. Ø Granity, granodiority, diority ØNejčastěji v leukokrátních peraluminických granitech (ASI > 1,1) , vzácněji i v granodioritech a křemenných dioritech Ø ØMagmatické granáty - složením se jedná obvykle rovněž o granáty z řady almandin-spessartin, ve srovnání s granáty pegmatitů však bývá obsah spessartinové komponenty obvykle nižší ØV magmatických horninách s nižším ASI ~ 1 u magmatických granátů jsou zvýšené obsahy andraditové komponenty i grosulárové. Nebo vznik později na úkor biotitu s rostoucím ASI zbytkové taveniny. ØV granitech, granodioritech a dioritech se často jedná o peritektické granáty či xenokrysty Ø ØZonálnost –nárůst spessartinové komponenty (pokles almandinové) ve směru od jádra k okraji zrna – rostoucí frakcionace taveniny –pokles spessartinové komponenty (nárůst almandinové) – vliv klesající teploty taveniny –homogenní granáty – často vlivem objemové difuze a homogenizace chemického složení granátu u granátů vznikajících z tavenin, které mají > 700°C. Vulkanity Ø ØV andezitech, dacitech, ryolitech Ø ØJedná se často o almandiny se zvýšeným obsahem spessartinové komponenty (2-10 mol.% spessartinu) ØVe srovnání s granáty aplitů a pegmatitů jsou však spessartinem chudší. Ø ØV některých případech tyto granáty pochází z kontaminace okolní horninou, jako např. v dacitech Cerro Hoyazo (Španělsko), kde granáty v dacitech (Alm78Prp11Sps5And6) mají stejné složení jako granáty z xenolitů biotit-sillimanitických rul (Zeck 1968 in Deer et al. 1997)