Aplikace katodové luminiscence v geologii Jaromír Leichmann 1) Jev luminiscence 2) Použití CL v magmatické petrologii při identifikaci základních procesů jako frakční krystalizace, míchaní magmatu aj. 3)Možnosti CL při studiu hydrotermálních procesů a nízkoteplotních alterací živců 4) Mramory a jejich reakční struktury 5)Depoziční procesy, diageneze, provenience 6)Archeologické a paleontologické aplikace 7)Spektroskopie 8)Kombinace CL-EMS-studium karbonatizace achátovývh nodulí prehnitplgtonal Kontinuálně zonální, silně aterovaný plagioklas ze Žulovského plutonu 1 mm luminiscence1 Luminiscence vzniká v důsledku interakce vnější energie a pevné látky Podle druhu dopadající energie lze luminiscenci klasifikovat jako Vznik luminiscence skenovat0001 1) fotoluminescenci, 2) termoluminescenci, 3) radioluminescenici 4) chemoluminescenci, 5) bioluminescenci, 6) triboluminescenci 7) katodoluminescenci Vznik luminiscence luminiscence2 Jevy vznikající při interakci dopadajícího zaostřeného svazku elektronů a pevné látky Typy katodoluminiscenčních přístrojů 1) CL s tzv. chladnou katodou 2) CL s horkou katodou 3) rastrovací CL CL mikroskop s horkou katodou Vznik luminiscence foto CL horka Typy katodoluminiscenčních přístrojů 1) CL s tzv. chladnou katodou 2) CL s horkou katodou 3) rastrovací CL sejmout0001 Schéma CL mikroskopu s horkou katodou Vznik luminiscence Vznik luminiscence Aktivátory a quenchers aktivatorykalc femnkalcit cpxvzor plgvzor Vnitřní stavby cpx a Pl, optická mikroskopie kfgranit2 kfgranit2a K-živec z granitů žulovského batolitu, XPL a CL Vizualizace"neviditelných" vnitřních staveb minerálů P9130081 P9130082 Karbonát XPL a CL Magmatické procesy Míchání magmatu - valouny trachytů z lulečských slepenců vulkdurbmakro vulkdurb Magmatické procesy Míchání magmatu - valouny trachytů z lulečských slepenců plgpol plgems P6130019 Magmatické procesy Míchání magmatu - valouny trachytů z lulečských slepenců kfoscil P6130008 KF Magmatické procesy Míchání magmatu -durbachity rastenberského plutonu, pl, apatit a zirkon mantle3 mantle1 saarlap saarlzirk Durbachity - komplexní stavby kfvelmez orientplgincl plgdurb plginclinkf Magmatické procesy Durbachity - komplexní stavby plgdurb300 Magmatické procesy Intruze a slabé podchlazeni - granátické granity BB hlina300 Magmatické procesy Granofyry - rychlé podchlazení Granofyr300 Magmatické procesy zirkony Zirkony Magmatické procesy CL vs EMS I-typ s-typ dusky Apatit CL Apatit BSE S - typ I - typ Hydrotermální procesy Alterace živců tnn626(2) Hydrotermální procesy Alterace živců, migrační cesty fluid, produkty alterace (prehnit) carbinkf2 carbinkf prehnitplgtonal P9130022 P9130023 Alterovaný ryolit, kaolinizace, dolomitizace P9130027 P9130029 Alterovaný ryolit, pokročilá dolomitizace Hydrotermální procesy Žilné karbonáty na ložisku Rožná rozna1300 Hydrotermální procesy profil 1 profil2 Žilné karbonáty na ložisku Rožná Mramory Plate1a300 Mramory Plate2a300 Metamorfity bites300 Provenience klastika1300 Provenience klastika2300 Archeologické aplikace zernov300 Teplický křemenný porfyr-keltské mlýnské kameny P1010019 P1010017 Fosilní dřeva, viditelné primární struktury, CL a XPL skenovat0002 Spektrální analýza, zrno apatitu belemnit spektrum Spektrální analýza CL spektra Vznik luminiscence limity CL Kvantitativní vysoce rozlišující spektrální analýza CL spektra Limit detekce 700 ppb Mn P5050022 P5050025 Karbonatizované acháty,podkrkonoší, neostré okraje benesov2_1_BSE_1 Achat 1 dist BSE Karbonatizovaný achát, BSE Achat 1 dist Ca Achat 1 dist Si Karbonatizovaný achát, plošná distribuce Ca a Si bENESOV 5_1_BSE_1 bENESOV 5 M2_1_BSE_1 Karbonatizovaný achát, BSE, detail Závěry Katodová luminiscence podstatně rozšiřuje, ve srovnání s klasickou mikroskopickou technikou, možnosti studia hornin a minerálů. Klasická mikroskopie využívá efektů vznikajících při průchodu světla minerálem. Výsledný obraz je závislý v podstatě na indexu lomu, dvojlomu, barvě minerálu, distribuci uzavřenin pozorovaného minerálu. Například u plagioklasů narůstá index lomu v závislosti na stoupajícím obsahu anortitové komponenty z 1,525 u albitu až na 1,576 u anortitu. Tento poměrně malý rozdíl v indexu lomu je v optickém mikroskopu poměrně obtížně pozorovatelný. V případě, že je stejné zrno pozorováno v CL, je šance identifikovat jeho vnitřní stavbu podstatně vyšší, neboť s narůstajícím obsahem vápníku velmi často narůstá i obsah manganu, který je jedním z hlavních aktivátorů. S pomocí CL jsou při tom pozorovatelné rozdíly v intenzitě CL podmíněné velmi malými změnami koncentrace Mn - řádově v ppm. Proto je i velmi malá změna ve složení studovaného objektu doprovázena často výraznou změnou intenzity nebo barvy luminiscence. V případě, že je pozorován minerál, který netvoří pevné roztoky - např. křemen - není jeho vnitřní stavba v polarizačním mikroskopu často vůbec patrná. V katodové luminiscenci však křemen z magmatických hornin vykazuje zonální stavbu obdobnou jako v případě živců. U křemene je změna intenzity CL vyvolávána velmi malými změnami (jednotky až desítky ppm) v obsahu aktivátoru, v tomto případě Al zastupujícího Si (Watt et al. 1997). CL je tedy schopna registrovat daleko menší změny ve složení nebo struktuře jednotlivých fází, než je tomu u polarizační mikroskopie a je proto při identifikaci jejich vnitřních staveb daleko citlivější. U všech zmíněných aplikací je ale třeba mít na paměti, že luminiscenční petrografie je jenom kvalitativní metodou, která přináší řadu indicii o procesech probíhajících v horninovém prostředí. Avšak její kombinace s kvantitativními metodami zejména s minerálně-chemickými, celohorninovými a izotopickými analýzami - může přinést ucelenou představu o procesech, které formovaly jednotlivé minerály, horniny.