2. Metamorfóza bazických hornin 1. Celkové chemické složení horniny (zjednodušené) kvarcity Si02 křemen-živcové horniny Si02-Al203-K20-Na20-CaO-H20 metapelity Si02-Al203-K20-MgO-FeO-H20 metabazity Si02-Al203-Na20-MgO-FeO-H20 vápenatosilikátové horniny Si02-Al203-K20-CaO-MgO-H20 metakarbonáty MgO-CaO-C02-H20 křemité dolomity MgO-CaO-Si02-C02-H20 ultramafity Si02-MgO-CaO-C02-H20 Jiné chemické systémy (méně časté) cordierit-antoŕylitové horniny Si02-Al203-MgO-FeO-H20 železná formace Si02-FeO-Fe203-H20 manganolity, smirky Jiná označení chemických systémů: křemen-živcové horniny NASH, CASH a CKNASH metapelity KMASH, KFASH a KFMASH ultramafity MS-H20-C02, CMS-H20-C02 Metamorfóza bazických hornin í- 500 600 Temperature [°C] Si02 Ti02 A1203 Fe20, FeO MnO MgO CaO Na20 K20 H20+ H20" P2Os co2 S 48,98 50,82 46,06 46,90 50,97 0,38 4,89 0,33 0,12 st. 0,05 1,02 3,51 0,34 0,12 0,13 0,04 0,45 3,18 0,12 0,10 1,08 st. 0,26 1,45 0,04 0,17 0,14 0,70 0,93 st. 0,13 st. Suma 100,34 100,19 99,91 99,72 100,27 1. Metabazalt z polštářové lávy, Koterov. 2. Zelená břidlice, Blížejov. 3. Amfibolit pestré série moldanubika, Chýnov-Pacova hora. 4. Granátický amfibolit, Broumov. 5. Pyroxenický granulit, Zrcadlová Huť u Českého Krumlova. 6. Eklogít, Křížová hora, saxothuringikum. Systémy: CNFMASH, NASH, CASH, CNASH Diagramy: ACF, AFM, ACFM 50,02 1,17 1,45 0,82 2,10 1,00 1,26 16,27 13,19 13,02 12,68 14,84 14,34 1,59 2,43 1,98 0,93 0,83 1,92 5,73 7,03 7,96 12,00 8,45 9,12 0,16 0,15 0,06 0,22 0,22 0,19 6,92 8,95 13,10 7,68 7,55 7,71 9,96 8,40 10,90 12,97 10,36 11,58 3,79 2,61 1,08 2,18 4,29 2,79 0,25 0,44 st. 0,17 99,79 protolit: intermediální až bazické vyvřelé horniny —► metabazity 1) bazalty - oceánická kůra (MORB) více MgO, FeO a CaO vs. andezity 2) andezity - ostrovní oblouky, kontinentální okraje pacifického typu, více Si02, A1203 a alkálií • Mafické horniny j sou vhodnej ši pro studium metamorfózy za velmi nízkých a nízkých stupňů a dále za vysokých stupňů (hlavně HP). Během středního stupně probíhá řada kontinuálních reakcí v širokém poli PT podmínek, je zde stabilní asociace amfibol + plagioklas, a metabazity jsou mnohem méně citlivé na progresivní změny než metapelity. • Mineralogie metabazitů • primární - olivín, pyroxen, plagioklas, amfibol (většinou bezvodé minerály) • metamorfní - zeolity, prehnit, pumpellyit, chlorit, epidot, aktinolit, amfiboly, plagioklasy, klinopyroxen, granát, ortopyroxen, glaukofan, lawsonit, jadeit, biotit (Ti-HT) Obr. 5-1. Diagram ACF s projekci charakteristických Obr. 5-2. Diagram ACFN s projekcemi typických minerálů metabazitů. Převzato ze Speara (1993). minerálů nacházejících se v metabazitech. Povšimnete si, že Fe a Mg jsou sloučeny do jediné komponenty. Plagioklas se promítá na linii mezi albit (Ab) a anortit (An). Převzato ze Speara (1993). Obr. 5-3. Diagram ACFM s projekci pozic Obr. 5-4. Diagram AFM zobrazený z pozice křemene, charakteristických minerálů metabazitů. VSimnete si epidotu a H20 ukazující projekce typických minerálů rozsahu pevných roztoků Fe-Mg v mnoha metabazitů. Převzato ze Speara (1993). zobrazených fázích. Převzato ze Speara (1993). Metamorfóza metabazitů 1) Bazalt: PI (labradorit, bytownit) + Px (augit) + olivín + amfibol + biotit 3) Amfibolit: amfibol + plagioklas (oligoklas - andesin) + biotit + pyroxeny + granáty + titanit v 4) Eklogit: Px (omfacit) + Grt (pyrop) ^ <#--> ■-■■'■ ^ßagf.'l 2) Zelená břidlice: í---------------------------------------------- (aktinolit + albit + epidot + chlorit + křemen + titanit + karbonáty • Význam fluid při metamorfóze metabazitů (hydratace hornin) • - Ve srovnání s metapelity, kde je hlavní fluidní fází H20, bývá v metabazitech někdy přítomno také větší množství C02. • - Většina primárních minerálů metabazitů je bezvodých - stabilních za HT (pyroxen, olivín, plagioklas), proto při nedostatku H20 nemusí k metamorfóze vůbec dojít. • - Při pohřbení do prostředí, kde jsou „mokré" metasedimenty, dochází k hydratačním (retrográdním) reakcím. Prostupnost horniny pro fluida určuje rozsah retrográdní přeměny (porézní tury vs. masivní žíly) a přispívá k ní deformace. • - K hydrataci dochází také při metamorfóze oceánského dna (+ hydrotermální fluida) • - Při hydratačních reakcích dochází k uvolňování tepla (exotermní reakce), proto dojde-li k nastartování reakcí, probíhají dokud trvají příznivé metamorfní podmínky a dokud se nevyčerpá všechna H20. • - Nepravidelné rozmístění H20 v hornině vede k tomu, že se často v metabazitech vyskytují nerovnovážné asociace (asociace nepremenené spolu s různými generacemi nízkých metamorfních stupňů). Relikty vy vřelých minerálů a mikrostruktur v hornině jsou zachované většinou v nízkých stupních, do vyšších stupňů v hrubozrnných gabroidních horninách (bez deformace). • - Zvýšená aktivita C02 vede ke vzniku karbonátů, a to ovlivňuje aktivitu Ca v hornině. Facie metamorfní asociace metabazitu nízkotlaké (LP) zeolitová Laumontit, analcim, heulandit, wairakit. Hojné relikty minerálů. albit-epidotických rohovců Albit + epidot + aktinolit + chlorit. Aktinolit + oligoklas. amflholických rohovců Homblend + plagioklas ± cummingtonit. pyroxenických rohovců Klinopyroxen + ortopyroxen + plagioklas ± olivín ± homblend. sanidinitová V metabazitech asociace není dobře definována. střednětlaké (MP) : prehn it-pum pe 1 ly itová Prehnit + pumpe My it ± chlorit ± albit ± epidot (nížeteplotnf zóna). Pumpellyit + aktinolit (výSeteplotnl zóna). Law son it + albit (rel. vý Set láká zóna). zelených břidlic Aktinolit + epidot ± albit ± chlorit ± stilpnomelan (nížeteplotnf zóna). .Homblend ± aktinolit + albit + chlorit + epidot ± granát (výšeteplotní zóna). amfibolitová Homblend + plagioklas ± epidot ± granát. granul itová Ortopyroxen + klinopyroxen + plagioklas ± olivín ± homblend (nízký tlak). Granát + klinopyroxen + ortopyroxen + plagioklas ± homblend (střední tlak). Granát + klinopyroxen + křemen + plagioklas ± homblend (vysoký tlak). vysokotlaké (HP) : modrých (glaukofanických) břidlic _, , „ ů ' ' Glaukofan + lawsonit. eklogitová Omfacit + granát. Chybí plagioklas a lawsonit. PARENT LOW GRADE (tree ftf ť hi Mt Faeiet INTERMEDIATE GRADE HIGH GRADE Granulit* Faeiet , Můgmů Mafic Igneous Rock Greens ch ist Chlorite Amphiboute Granulite 4 EpfdťTte >fcAI Amphibolŕ AJ Garnet Pyraxene 200 300 400 500 600 Temperature DC 700 300 900 • 1 Zeolitová facie • typická asociace: zeolit + křemen (NASH, CASH) • typické minerály: analcim, laumontit, stilbit, heulandit, wairakit (zeolity, H20), albit (výše: prehnit, pumpellyit) Důležité reakce (se stoupající T): NASH: analcim + křemen = albit + H20 200°C, horní hranice diageneze NASH: analcim = jadeit + H20 P > 5kbar CASH: stilbit = laumontit + křemen + H20 < 200°C CASH: laumontit = lawsonit + H20 200-250°C, P > 3kbar (PP) CASHC02: laumontit + kalcit = prehnit + křemen + H20 + C02 ca 3kbar/300-400°C (PP) Subophitic albite-carbonate rock, altered mafic lava or doleľite. Meurastuksenaho, Kuusamo Schist Belt. Crossed polarisers. Photo Erkki Vanhanen. Amphibole rock, intermediate gold mineralisation-related alteration zone at Meurastuksenaho, Kuusamo Schist Belt. Am = amphibole, Ch = chlorite, mt = magnetite, Qz = quartz. Parallel polarisers. Photo Erkki Vanhanen. • 2. Prehnit-pumpellyitová facie • typické minerály: prehnit, pumpellyit, aktinolit, chlorit, albit kalcit, muško vit, lawsonit, stilpnomelan • důležitá je přítomnost C02: při jeho vyšší aktivitě vznikají Ca-karbonáty a minerály zeolitové facie ani facie prehnit-pumpellyitové nevznikají • Typické reakce: CASH: prehnit = zoisit + grossular + křemen + H20 (terminálni reakce) MetamorphfC Grade Metamorphic Facies Zeolite Prehnite-Pumpellyite Green- [ schist \ Albite Heuland ite Laumontite Anal Cime Epidote Mins. Prehnite Pumpellyite Chlorite Actinolite Calcite Quartz Phengite ■ / / / í i \ \ i i í í i \ \ \ i i i ■i i j i i • 3. Facie zelených břidlic • typické minerály: chlorit, aktinolit, epidot, albit, křemen, titanit, kalcit • v metapelitech odpovídá tato facie chloritové, biotitové a někdy i granátové zóně Typické reakce: CFMASH: chlorit + klinozoisit + křemen = aktinolit (amfibol) + kyanit + H20 > 5-6kbar ^"■•y&& Metagabro: primární min. (Px+Pl) zatlačuj í aktinolit+chlorit+albit *j>^, -Vr • Facie zelených břidlic • 4. Amfibolitová facie a facie epidotických amfibolitů • typické minerály: amfibol, plagioklas a někdy epidot, granát, biotit, diopsid, kalcit, lim, Ttn • Přechod facie zelených břidlic a amfibolitová facie (kolem 500 °C pro 5 kbar) • Složité minerální asociace - chlorit+aktinolit+epidot+albit a křemen ± muskovit ± titanit ± epidot ± karbonát (cle, dol, ank) nahrazeny jednoduchou: amfibol + plagioklas ± Qtz+Ilm • Důležité reakce: CASH: klinozoisit (Ep) + chlorit + křemen = tscherm. Hb + anortit + H20 Při progresivní metamorfóze během amfibolitová facie 1) zvyšuje bazicita plagioklasu - objevuje se oligoklasu ( skokem od An3 do An18 -peristerite gap), oligoklasová izográda má značný význam v zónografii 2) z aktinolitu vzniká obecný amfibol (+ AI, alkálie, Ti - zelený tscherm. či pargasitic. Hb) 3) u chloritu se zvyšuje XM nebo zcela mizí (pak tscherm. složka v Hb) a snižuje se množství epidotu (Ca do PÍ) - postupně dochází k vymizení chloritu (cca 550°C) a epidotu (cca 600°C) 4) Za vyšších teplot se objevují klinopyroxen (cca 650°C) - hranice svrchní A facie (kontinuální reakce - nelze definovat izográdu v terénu) a granát (pozor na relikty pyroxenů popř. granátů z původní horniny) ■1c" ■ Amfibolit Amp+Pl+Qtz+Ttn Epidotický amfibolit Amp+Pl+Ep+Qtz i 1cm i Metabazit metamorfovaný v amfibolitové facii v > Amfibolit Amp+Pl+Ep+Chl+Qtz ■Si jSMBEiäSÍJk A * ntv-^aam tä X Amfibolit Amp+Pl+Grt+Qtz Bi at higher T - Epidote Ainphibohte Facies The only significant change is that amphibole gets more Al-rich, becomes black Hornblende + quartz + albite Epidote Chlorite Caldte Hornblende Talc still higher T - Amphibolite Fades Hornblende gets even more Al-richf Calcic plagioclase replaces epidote, garnet replaces chlorite Plaeiodase + quartz + magnetite Garnet Diopside Hornblende Op^ 5O0 600 Temperature °C Granátický amfibolit Metám orphic Grade Metamor p hic Facies Green s c hist Transitional States Amphibolite Granulite Albite Plagioclase >An12 Epidote Actinolite Hornblende Augite Orthopyroxene Chlorite Garnet Biotite Quartz P hen gite Cummingtonite Oligodase Andeslne mt Zone for associated metapelites Chlorite Zone Biotite Zone Garnet Zone Staurolite and Kyanite Zones Síllíman Its-Muscovite Zone K-feldspar-Sillimanlte Zone Cordierite-Garnet Zone • 6. Facie modrých břidlic • teplotně odpovídá zhruba facii zelených břidlic, ale za vyšších tlaků • typické minerály: alkalické amfiboly (glaukofan, riebekit, crossit) - modré/fialové pleo., lawsonit, chlorit, granát, paragonit, fengitický muskovit, mastek, omfacit, kyanit, kalcit/aragonit (HP), rutil • subdukční zóny Typické reakce: • přechod z prehnit-pumpellyitové facie • CASH-C02: prehnit + kalcit = lawsonit + zoisit + H20 + C02 • NMFASH: albit + chlorit = glaukofan + H20 přechod z facie zelených břidlic • CNMFASH: aktinolit + chlorit + albit = glaukofan + zoisit + křemen + H20 • CNMFASH: aktinolit + chlorit + albit + křemen = glaukofan + lawsonit + H20 • přechod do eklogitové facie CNMFASH: albit + epidot + glaukofan = omfacit + paragonit + ob. amfibol + H20 • CNMFASH: zoisit + glaukofan = granát + omfacit + paragonit + křemen + H20 • přechod z nižších tlaků do Blue a E facie: NAS: albit = jadeit + křemen • horní tlakový limit: NASH: paragonit = jadeit + kyanit + H20 F.1Ľ 'i-M.nni^l' , funvvilyiiT 'jí % C|n:\r|r ■Plaprľ'ažP I.ClMIT.^r; |i| frEirr-= Fuilp^ryiíK Wflľx- fr-=n:i SHf"-"1-3"1" Clr-JIC- CMľtví OiiJi-- Ľi-ŕ—í.J| ;iok-Nr-n-;;n Ťiale CiLlri--ř üp!lL.I::l Qu-urr l':uw:'-iLi! I m^-ir.^T-Frn-.- -r PuinpcL h l!3 r-J.i-/.iio-.iHijlu |J.1.|Jy:l-rn'J h1|>-!!^ .írirníi: V/kil- n:."1^.1.5 5Nlpn prolnu* S|lhr-n- iCii^f. Vinil»; — -11 SillnnD"rí:2j-i-3 CnlDi.:= CnluilTíJ Mf|C.Li;:'-.-JH'J íJ.i-T^io 'ri" ÉJ!ÍCO£E Piirii|A: ■■/■:•: Í...H. ■■..■■.■.- Cp lri-n Arnľjňii i- f^ Horniny metamorfované za vysokých tlaků: modrá a bílá břidlice 1.0 08L f O 0.6 i g Q, Ö.4 0.2 L 300 400 5O0 600 Temperature DC 700 800 90D 5. Granulitová facie (asi od 650-850 °C) typické minerály: pyroxeny - ortopyroxen + klinopyroxen, plagioklas, granát , hercynit, skapolit, hnědý amfibol (HT) Typické reakce (vznikají maßeké granulity): CMSH: tremolit = klinopyroxen + ortopyroxen + Si02 + H20 CMASH: tschermakit amf. = klinopyroxen + ortopyroxen + An komponenta + H20 CMASH: tremolit + grosular = klinopyroxen + ortopyroxen + An komponenta + H20 reakce oddělující nížetlaké pyroxenické granulity (pod 5-7 kbar) od výšetlakých granátických granulitů a eklogitů: CMAS: Opx (En) + PI (An) = Cpx (Di) + Grt (Prp) + Qtz Typy granulitů podle výše tlaku: LP: plagioklas + klinopyroxen + ortopyroxen (HT - intruze bazických magmat) MP: granát + plagioklas + klinopyroxen + ortopyroxen + amfibol (hnědý) HP: klinopyroxen + granát + křemen, někdy plagioklas 7. Eklogitová facie typická asociace: granát + omfacit (nepřítomnost plagioklasu), křemen (coesit), kyanit, rutil, paragonit, fengitický muskovit, amfibol, zoisit, karbonát typické horniny: eklogity, mafické, s vysokou hustotou > 3,3 gem-3 Typické reakce: hranice granulitové a eklogitové facie: CNFMAS: ortopyroxen + plagioklas = granát + klinopyroxen + křemen NAS: alb it = jadeit + křemen CAS: anortit = grosular + kyanit + křemen Grosular a jadeit se ve skutečnosti vyskytují pouze jako součást pevných roztoků granátu resp. pyroxenu. omfacit = klinopyroxen složený ze složek jadeitu - Na AI, akmitu - NaFe3+ -diopsidu a hedenbergitu - Ca (Mg, Fe) paragonit = jadeit + kyanit kontinuální reakce uvnitř eklogitové facie: CMAS: grosular + pyrop + křemen = diopsid + kyanit (vysokotlaké eklogity) CMAS: grosular + ortopyroxen = diopsid + pyrop CMASH: zoisit + pyrop + křemen = kyanit + diopsid + H20 1 - -í 1CM Eklogit • Typy eklogitů: podle vzniku: • metamorfní eklogity vznikající HP metamorfózou v orogenních pásmech v zemské kure • magmatické eklogity (granátické pyroxenity) vznikající krystalizací z taveniny v plášti podle složení granátu: • eklogity spjaté s kimberlity, dunity a peridotity (plášťové) s obsahem pyropové složky > 55 mol.% (často magmatické) • eklogity z terénů metamorfováných ve středním a vysokém stupni a granátem s 30-55 mol.% pyropu • eklogity spjaté s glaukofanovými (modrými) břidlicemi s granátem < 30 mol.% pyropu podle teploty vzniku: • LT eklogity: úzký vztah k subdukci, vznikají z modrých břidlic, obsahují minerály sH20 • MT eklogity: vznikají při kontinentální kolizi z amfibolitů • HT eklogity: vznikají v hlubších částech zemské kůry nebo v plášti přímo z magmatu, nezbytný je silný přínos tepla, typicky bezvodé minerály