Minerogenetické procesy Prof. RNDr. Milan Novák, CSc. Minerogenetické procesy •Ke vzniku minerálů vedou velmi rozmanité procesy. • •Minerály skládají různé typy magmatických, metamorfovaných i sedimentárních hornin, ložisek nerostných surovin a také některých technických hmot, a proto je mineralogie základem většiny geologických disciplín snad s výjimkou paleontologie a historické geologie. • •Petrologie – s výjimkou přírodních skel a některých organických látek jsou horniny složeny výhradně z minerálů. Mineralogické složení hornin závisí na celkovém chemickém složení a na PTX-stabilitě jednotlivých minerálů a minerální asociací. • •Geochemie – chování chemických prvků při geologických procesech je ovlivněno především charakterem vazby těchto prvků v minerálních fázích a jejich stabilitě v různých PTX-podmínkách. • •Strukturní geologie – mechanické chování hornin závisí na mechanickém chování jednotlivých minerálů za různých PTX-podmínek a na stavbě horniny. Minerogenetické procesy •Proč a za jakým účelem studujeme minerály? • •Zjednodušeně existují dva přístupy ve studiu minerálů: •Minerál jako pevná fáze - využívají se metody studia fyziky pevné fáze (krystalografie, spektroskopie, různé metody chemické analýzy, jiné experimentální metody) a výsledkem studia je detailní charakteristika fyzikálních a chemických vlastností minerálů a jejich chování v různých PTX-podmínkách • •Minerál jako součást horniny – využívají se podobné metody, ale hlavním výsledkem studia je na základě znalostí o vlastnostech jednotlivých minerálů chování minerálu během geologických procesů a odvození PTX-podmínek vzniku (petrologie, geochemie). • •Oba přístupy je vhodné kombinovat. Minerogenetické procesy •A. Členění minerogenetických procesů • • Pro členění procesů vzniku minerálů můžeme použít mnoho hledisek, níže jsou vedena jen některá z nich. • •1. Vliv člověka •Přírodní (bez vlivu člověka na proces vzniku) – téměř všechny procesy, které studujeme v přírodě a které jsou v této přednášce. •Umělé •- řízené člověkem (výroba umělých minerálů) •- ovlivňované člověkem (minerály na hořících haldách, zvětrávání hornin na historických stavbách). Minerogenetické procesy •2. Fyzikálně-chemický přístup •2.1. podle typu krystalizace minerálů •z taveniny (magmatické horniny) •z fluid (většinou vysokoteplotní metasomatické horniny např. skarny, greiseny, některé plášťové horniny) •z roztoků (středněteplotní hydrotermální roztoky až roztoky pokojové teploty, hydrotermální zrudnění, alpské žíly, výplně trhlin, evapority) •růst v pevném stavu (většina metamorfních procesů, metasomatické horniny), ale i v tomto případě probíhá růst prostřednictvím fluid • Jednotlivé typy není lehké vždy rozlišit a do určité míry se překrývají. Přechod mezi jednotlivými typy jsou většinou nedostatečně prozkoumané. • •2.2. podle PTX podmínek vzniku •tlak •teplota •složení (resp. aktivita) fluidní fáze (např. H2O, CO2, F, Cl, fO2, H+) Minerogenetické procesy •2. Fyzikálně-chemický přístup • •2.3. podle otevřenosti systému během jednotlivých fází krystalizace •uzavřené •otevřené •Míra uzavřenosti systémů často výrazně kolísá v čase. Zcela uzavřené systémy v geologii téměř neexistují. Pro vlastní výzkum je také nezbytné umět si definovat systém, který studujeme tak, aby dál odpovídal studované hornině. Zde nutně dochází ke zjednodušení, které ale nesmí překročit určitou mez. Rozpoznání, zda byl náš systém choval jako otevřený nebo uzavřený a během kterých fází vývoje je jedne ze ztěžejních úkolů geologie. • Minerogenetické procesy •3. Geologický přístup • Existuje poměrně velké množství geologických hledisek, podle nichž lze klasifikovat minerogenetické procesy, ale některá si poněkud odporují a také jejich význam je velmi odlišný. Níže jsou uvedena jen jako příklad některá hlediska. •3.1. podle způsobu vzniku •magmatické •metamorfní •sedimentární •hydrotermální •Určitým způsobem navazují na fyzikálně-chemický přístup, ale jen částečně. • •3.2. podle vztahu k deskové tektonice •uvnitř bloků (např. rift) •divergentní okraje (např. oceánické hřbety) •konvergentní okraje (např. kolize kontinentů) •transformované okraje Minerogenetické procesy •Fyzikálně-chemický přístup je dnes považován za modernější než geologický, i když oba mají své výhody i nevýhody. Vývoj ale bude jednoznačně směřovat k fyzikálně-chemickému přístupu. • •Proč studujeme minerogenetické procesy? • Pochopení vzniku minerálů a hornin je hlavním úkolem, ne pouze popis hornin či jiných objektů. Pokud poznáme za jakých podmínek a z jakého media vznikal náš minerál nebo celá minerální asociace a za jakých podmínek, můžeme přispět k rekonstrukci geologického vývoje celé oblasti. • •Co je objektem této přednášky? • Procesy vzniku minerálů, které nejsou většinou podrobněji probírány v petrologii, popř. v ložiskové geologii. Minerogenetické procesy •B. Idealizovaný přístup ke studiu minerogenetických procesů • •1. Pozice procesu v zemské kůře (plášti) • • nový-16 Minerogenetické procesy – Příklad 1 •2. Geologické poměry •Vlastějovice •pegmatity pronikající Fe-skarny •studium stupně kontaminace pegmatitové taveniny na základě studia vhodných minerálů Minerogenetické procesy – Příklad 1 •2. Geologické poměry Minerogenetické procesy – Příklad 1 •3. Texturní vztahy mezi minerály turm-qrz%2004 Minerogenetické procesy – Příklad 1 •4. Chemické složení minerálů - turmalín Grafika18 Minerogenetické procesy – Příklad 2 •2. Geologické poměry •Dolní Bory •pegmatity s andalusitem a diasporem •Studium typu krystalizace ve vztahu k možnému mediu NovakDiaspor nový-22 Minerogenetické procesy – Příklad 2 BD C3_1_BSE_1 BD A1_1_BSE_1 3. Texturní vztahy mezi minerály Dia And Msc Qtz Prf And Dia 4. Chemické složení minerálů je v tomto případě blízké teoretickým vzorcům Minerogenetické procesy – Příklad 2 BD C1_1_BSE_1 scan0021 3. Texturní vztahy mezi minerály Dia And Msc Prf 4. Chemické složení minerálů je v tomto případě blízké teoretickým vzorcům Minerogenetické procesy •C. Grafické znázornění minerogenetických procesů • • Grafické znázorňování geologických systémů a procesů je velmi důležité a existuje velké množství různých diagramů. •podle chemického složení • Chemické systémy - ACF, AKF, KFMASH aj.- více v petrologii •podle PTX-podmínek • PTX-čas -diagramy •podle minerálních asociací • Paragenetické diagramy Grafické znázornění minerogenetických procesů nový-22 P-T digramy Grafické znázornění minerogenetických procesů nový-25 nový-24 P-T-X diagramy Grafické znázornění minerogenetických procesů nový-20 nový-19 Grafické znázornění minerogenetických procesů scan0021 T-aktivita diagramy Grafické znázornění minerogenetických procesů nový-5 T-čas diagramy nový-6 Grafické znázornění minerogenetických procesů Diagramy složení minerálů Grafické znázornění minerogenetických procesů grt ortorul rozlozeny tetraedr granáty Grafické znázornění minerogenetických procesů turmalín Magmatické •Magmatické (vyvřelé) • vznikají utuhnutím taveniny magmatu za vysoké teploty • dělíme je na: •pomalu tuhnoucí v hloubce: žula, diorit •rychle tuhnoucí při povrchu: čedič, ryolit •Nebo podle chemického složení (hlavně obsah SiO2) •na kyselé – intermediální - bazické - ultrabazické Magmatické olivine Granit s krystalem K-živce – kyselá a tuhnoucí v hloubce Čedič s olivínem – bazická a tuchnoucí na povrchu Magmatické - pegmatity •Specifické magmatické horniny složením blízké granitu ale s velkými krystaly zonální stavbou a vzácnými minerály •Granitické pegmatity Pegmatit v granitu - Strzegom Beryl - Maršíkov Magmatické - pegmatity •Chemická charakteristika granitických pegmatitů •Hlavní Si, Al, K, Na, O •Vedlejší Li, Be, Fe, Mn, Ca, •Stopové Cs, Rb, Nb, Ta, Mg •Těkavé H2O, B, F, P • •Minerály •Hlavní: křemen, K-živce, albit • •Vedlejší:muskovit, biotit, turmalín, granát, beryl, lepidolit, apatit, andalusit • •Stopové: columbit, kasiterit, • •S těkavými prvky: turmalín, apatit, topaz, spodumen • Andalusit Elbait Magmatické - pegmatity nova ves Zonálnost pegmatitů Metamorfní •Metamorfní (přeměněné) • vznikají krystalizací v pevném stavu za vyšších teplot a tlaků •Dělíme je velmi nízký, nízký, střední a vysoký stupeň metamorfózy •- horniny: fylit, svor, rula, mramor, migmatit, serpentin • •- plus metasomatické horniny: • skarn, greisen GAR-5b nový-16 Almandin v rule Metamorfní obr3 nedvModryDepo Trem Mramory zavrásněné do rul, Černá v Pošumaví Mramor s wollastonitem a vesuvianem Mramor s tremolitem Metamorfní - metasomatické •Metasomatické horniny jsou svým vznikem podobné metamorfovaným horninám, ale při jejich vzniku dochází k výrazné změněn chemického složení, tedy část prvků ke přinesena a část odnesena. • •Typickým příkladem jsou skarny. •Metasomatické silikátové většinou bezživcové horniny bohaté Ca vznikající jako výsledek reakcí hydrotermálních fluid s karbonáty bohatými litologiemi. Jejich typickým znakem je často polyfázový vývoj. • nový-17 hedenbergit Hedenbergit Grosular Metamorfní - metasomatické •Typické minerály skarnů: •Granáty - grosular, andradit •Pyroxeny – diopsid, hedenbergit •Amfiboly •Vesuvian •Wollastonit •Epidot • •Dále řada rudních minerálů: •Scheelit, chalkopyrit, magnetit •Podle mineralogického složení je dělíme na: •Ca-skarny •Mg-skarny •Fe-skarny •Mn-skarny • Wollastonit Sedimentární •Sedimentární (usazené) horniny • vznikají poblíž zemského povrchu většinou na dně vodních nádrží za teplot blízkých povrchu, často zvětráváním jiných minerálů •- Usazením a zpevněním úlomků minerálů •- Usazování z roztoků •- Z organických zbytků •- horniny: pískovec, vápenec, droba, jílovec, písek, jíl, sůl kamenná • •Zvětrávání proces, který předchází vznik sedimentárních hornin a kdy dochází k rozkladu primárních minerálů na sekundární. •Např. živec větrá na kaolinit • chalkopyrit větrá na malachit zel_ruda2 Limonit Kalcit Hydrotermální •Hydrotermální mineralizace jsou velmi pestré a zahrnují: •Rudní hydrotermální žíly, kde hlavní výplní žil jsou křemen, kalcit nebo dolomit a široká škála rudních minerálů jako pyrit, chalkopyrit, galenit, sfalerit, antimont, uraninit, hematit •Alpské žíly, které jsou vyplněny běžnými horninotvornými minerály, např. epidot, albit, prehnit, křemen, K-živec (adulár), rutil, titanit, chlorit aj. Galena chalcopyrite Galenit Chalkopyrit Shrnutí •1. Magmatické procesy • - vysoké teploty, někdy vysoký tlak, • - probíhají od pláště až po zemský povrch •2. Metamorfní procesy • - vysoké až nízké teploty, vysoké až nízké tlaky, • - probíhají od pláště až po zemský povrch, PT-pole magmatických a metamorfních procesů se překrývá, v tomto poli se liší mediem, z něhož krystaluj:í tavenina – pevná fáze •3. Hydrotermální procesy • - střední až nízké teploty, střední a hlavně nízké tlaky • - navazují na nebo se mírně překrývají s magmatickými, popř. i metamorfními procesy, liší se mediem, z něhož krystalují: tavenina – pevná fáze – hydrotermální roztok nebo fluidum •4. Sedimentární procesy • - nízké teploty a hlavně nízké tlaky • - navazují na nebo se mírně překrývají • s metamorfními procesy • •Neexistují jasně definované hranice mezi •jednotlivými procesy, proto je nutné vedle •geologického členění využívat i fyzikálně- •chemické podle mateřského media, jsme- •li schopni je definovat. nový-16