Granity a kontinentální kůra IV (Chemické složení granitů) David Buriánek pouze pro potřeby výuky • IV. 1. Chemické složení hornin • IV. 2. Význam chemického složení turmalinických granitů pro identifikaci jejich geneze • IV. 3. Horninotvorné minerály obsahující bór • IV. 4. Zdroje bóru při anatexi metapelitů • IV. 5. Dehydratační tavení nebo přínos fluid? • A. Dehydratační tavení muskovitu • B. Dehydratační tavení biotitu • VI. 6. Indikátory frakční krystalizace a parciálního tavení v granitické tavenině • VI. 7. Diferenciace granitů • VI. 8. Chování REE Y, Th a U během tavení metapelitů a diferenciace magmatu • VI. 9. Peraluminické granity vzniklé výraznou diferenciací korových tavenin IV. 1. Chemické složení hornin • Horninové analýzy se dnes nejčastěji provádí těmito technikami: pro určení jak hlavních tak stopových prvků 1)X-ray Fluoresence Spectroscopy (XRF), 2) Atomic Absorbtion Spectrometry (AAS), ICP (Atomová emisní spektroskopie s buzením v indukčně vázané plazmě = Inductively coupled plasma) • Chemické složení horniny závisí na: 1) složení zdrojového materiálu, 2) hloubce v níž se horniny vytavily, 3) tektonickém prostředí vzniku, 4) sekundárních alteracích Prvky které bývají analyzovány • Hlavní prvky: V hornině bývá zastoupeno maximálně 13 hlavních prvků, které uvádíme v hmotnostních procentech (wt%). • 1) Hlavní oxidy - obsah v běžných vyvřelinách: • SiO2 35 - 80 wt% • Al2O3 8 - 22 wt% • TiO2, Fe2O3 (ferric), FeO (ferrous), MnO, MgO,CaO 4 - 30 wt% • Na2O 1.5 - 8 wt% • K2O 0.5 - 8 wt% • H2O+,- až několik wt% • P2O5 < 0.15 wt% • CO2 až několik wt% • 2)Vedlejší prvky • většinou se uvádí v ppm jen někdy v wt %: Li, Be, Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, Pb, F, Cl, S. • Bazalty - Cr, Ni, Cu • Granity pegmatity - Li, Be, a Ba • Frakcionační indexy mají ukazovat jak je vzorek z určité magmatické suity. Je to pokus zařadit daný vzorek do vývojové posloupnosti magmatické suity. Více vzorku nám muže poskytnout představu o vývojové řadě. • Mg-Fe poměr - Používá se pro bazické vyvřeliny ( MgO/MgO+FeO (ferrous), MgO/MgO+FeO+Fe2O3 (ferric) nebo Mg/Mg+Fe (proporce kationtů). • Normativní Ab/Ab+An - Je založen na obsahu Na2O a CaO. Používá se pro granitické horniny protože není vhodný pro horniny bohaté na mafické minerály. • Další indexy jsou založeny na komplexnějším zhodnocení horniny • Solidification Index (Kuno, 1959) SI = 100 MgO/(MgO+FeO+Fe2O3+Na2O+K2O) • Pro bazalt je tento index podobný Mg/Fe poměru. Jak postupuje frakcionace obohacuje se zbytková tavenina alkáliemi Na2O a K2O. Pro mafické horniny je SI vysoký, pro felsické horniny SI nízký. • Diferenciační Index (Thornton and Tuttle, 1960) DI = normativní Q+Or+Ab+Ne+Ks+Lc • Je založen na normativních minerálech. Pro mafické horniny je DI nízký, pro felsické je DI vyšší. • LILE = Large Ion Lithophile Elements (Cs, Rb, K, Ba, Sr, Pb) – velké atomy s malým nábojem – nekompatibilní pro část horninotvorných minerálů – Ba, Rb vstupují se za K do Kfs slíd a amfibolu, – Rb vstupuje snadněji do slíd (Bt) a Kfs než do Amp – Sr vstupuje za Ca do plagioklasu ale ne do Px, podstatně v menším množství může vstupovat do Kfs za K – typické je že se koncentrují ve fluidech (také mohou být důležité během zvětrávání) • HFSE = High Field Strength Elements (Sc, Y, Th, U, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta) – Chovají se různě ale většinou jsou nekompatibilní kromě některých výjimek – Y se výrazně se může koncentrovat v Grt a Amp, někdy také v Ttn a Ap; – Nb v Amp – Zr, Hf výrazně nekompatibilní k běžným horninotvorným minerálům ale mohou nahrazovat Ti v rutilu a koncentrují se v zirkonu – Ve fluidech nejsou běžně mobilní a nejsou citlivé na zvětrávání – Jsou dobrými petrogenetickými indikátory – Některé páry prvku HFSE mají podobné chování Nb a Ta (Nb/Ta v chodritu ≈ 15-20), Zr a Hf (Zr/Hf v chodritu ≈ 30-35) – frakcionace probíhá k Nb od Ta a k Zr od Hf • REE = Rare Earth Elements (La Ce Pr Nd (Pm) Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu) – technicky vzato náleží k HFS – chovají se různě ale většinou jsou nekompatibilní – s výjimkou některých minerálů (monazit, xenotim allanit) – v jednotlivých minerálech se jednotlivé REE chovají různě – navíc nejsou příliš citlivé ke zvětrávání – jsou dobrými petrogenetickými indikátory – Vzácné zeminy (REE) jsou to lantanoidy s atomovým číslem 57 - 71 • uvádí se v ppm nebo mg/g • Grt koncentruje HREE, také Px a Amp koncentrují HREE ale méně • Titanit a plagioklasy koncentrují LREE • REE jsou běžně trojmocné (La3+) • Eu je v minerálech přítomno jako Eu3+ nebo Eu2+ • Eu2+ je výrazně kompatibilní (živce) a je typické pro redukční podmínky • La/Yb (or LaN/YbN,nebo (La/Yb)N ) ukazuje sklon křivky REE Redukční (Eu2+) Oxydační (Eu3+) Granit Bazalt )(2 1* NN N GdSm Eu Eu Eu   • PGE = Platinum Group Elements (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au) – Ve většině hornin nízké obsahy pod detekčním limitem • Tranzitní prvky = Transition elements (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) – všechny jsou kompatibilní – mají nízkou mobilitu ve fluidní fázi – velké rozdíly v různých horninách – vysoké obsahy v bazických a ultrabazických horninách – nízké obsahy ve felzických horninách včetně granitů – V, Ti ukazují na intenzivní frakcionaci Fe-Ti oxidů nebo Ti minerálů (ilmenit nebo titanomagnetit, titanit). Geochemická frakcionace během tavení Složení počáteční taveniny ovlivňuje: • složení zdrojových hornin • většina tavenin, které vznikají v kontinentální kůře mají granitové až tonalitové složení • důležité jsou PT podmínky během tavení • množství fluidní fáze a její složení (H2O, CO2, F, Cl) Složení taveniny během pokračujícího tavení: • tavení rovnovážné nebo nerovnovážné • tavení frakční • s narůstajícím stupněm tavení tavenina odnáší snadno tavitelných prvků jako je Na, K a LILE • postupně tedy v nově vznikající pozdější tavenině roste množství refraktorních prvků jako je Ca, Mg, Fe Sr, REE • během celého tavení by však měly zůstat zachovány poměry 87Sr/86Sr, 18O/16O stejně jako poměry mezi dvěma k tavenině nekopatibilními (Zr/Hf) nebo kompatibilními (Rb/Sr) prvky. • tyto poměry budou podobné jako ve zdrojové hornině • poměr mezi kompatibilním a nekompatibilním prvkem by měl klesat (Rb/Zr) IV. 2. Význam chemického složení peraluminických granitů pro identifikaci jejich geneze • Chemické složení peraluminických granitů odráží:  složení materiálu jehož tavením vznikly  intenzitu tavení zdrojových hornin  stupeň frakcionace vzniklé taveniny. • Většinou není možné jen na základě chemického složení určit, nakolik se jednotlivé faktory na vzniku podílely. Srovnání muskovitového a biotitového dehydratačního tavení (experimetální data různých autorů viz zkratky) • Ve Fanerozoiku jsou tyto S-granity generovány při pozdně- až post-orogenní anatexi probíhající při kontinentální kolizi. • Podle Patiňo Douce (1999) jsou turmalinické peraluminické leukogranity vázány na oblasti tektonického ztluštění kontinentální kůry. • Tyto granity tvoří drobná intrusivní tělesa v středně nebo silně metamorfovaných orogenetických pásech. • Vznikly jako produkt dehydratačního tavení muskovitu. • Dehydratační tavení biotitu zde hrálo pouze okrajovou úlohu. • Jejich vznik je spojen s dekompresním tavením během rychlého výzdvihu. • Dehydratační tavení biotitu produkují Ms-Bt granity někdy s Grt PT diagram (upraveno podle Speara et al., 1999) znázorňující vybrané reakce v systému KFMASH včetně dvou hlavních dehydratačních reakcí rozpadu muskovitu a biotitu. Čísla označují pole, v němž jsou taveniny vzniklé dehydratačním tavením biotitu (4) a muskovitu (2) stabilní. MsAbV AsL Ky Sil Sil And Ky And MsAbAsKfsLMsAb AsKfsV BtAs GrtCrd L Op Gr KfsAb GrtCrdBtV L Pressure(kbar) BtA s OpxCrdL BtGrtOpxCrdL BtGrt OpxCrdV 2 4 • Během běžné orogenní regionální metamorfózy (PT dráha po směru hodinových ručiček) můžeme pozorovat řadu reakcí které produkují taveninu. • Při vzrůstu teploty nejdříve vzniká tavení s přínosem vody a vzniká tak tavenina saturovaná vodou. • Vzniká tak většinou jen méně než 3 % taveniny. • Další reakce produkují vodou nesaturované taveniny vzniklé rozpadem slíd. P–T diagram ukazuje metamorfní vývoj H2O-saturovaných pelitů solidus a typické dehydratační reakce (Le Breton a Thompson, 1988). šipky ukazují směr vzniku taveniny během dekompresního výzdvihu (A) a prográdní metamorfózy během zahřívání horniny při zanořování (B.H. Norlander et al. / Lithos 61 (2002) 103–125) Migmatit (Dalečín) • Když tavenina zůstane jako součást horniny na místě krystalizace vede téměř k reversibilním reakcím. • Pokud je hornina exhumována po dekompresní PT dráze probíhají dva hlavní typy krystalizačních reakcí • Pokud hornina překříží reakci produkující taveninu nebo vodou saturovaný solidus může vznikat granitová tavenina. PT diagram s vymezenými oblastmi dehydratačního tavení muskovitu a biotitu. Šipkou je označen typický směr PT dráhy hornin, které prodělaly dekompresní tavení (Patiňo Douce, 1999). • Druhou možností je že slídy, které nebyly spotřebovány během prográdních reakcí reagují s taveninou. • Výsledkem jsou bezvodé minerální asociace granulitů a voda, která produkuje taveninu v okolních horninách. • Sylvester (1998) rozděluje post-kolizní peraluminické granity (PPG) na dvě skupiny: 1) PPG vázané na vysoce-tlakou kolizi (Alpy, Hymalaje) • vzniká malé množství taveniny • s „nízkou“ teplotou ( 875 C) • vznik bývá spojován post-kolizním výzdvihem ztluštěné kontinentální kůry ( 50 km) • proces je provázen dekompresnímu tavení kůry prohřáté teplem dodaným radioaktivním rozpadem (K, U, Th) 2) PPG vázané na vysoce teplotní kolizi (Hercynský orogen) • vzniká v kontinentální kůře o běžné tloušťce ( 50 km) • velký objem „horkého“ magmatu ( 875 C) • díky přínosu tepla z pláště • poměry některých hlavních oxidů nám mohou hodně říci o původu a genezi leukogranitů • post-kolizní peraluminické granity (PPG) s nízkým poměrem CaO/Na2O ( 0,3) byly derivovány z pelitického materiálu • granity s poměrem CaO/Na2O vyšším než 0,3 vznikly z materiálu psamitického • PPG s nízkým poměrem Al2O3/TiO2 vznikly za vyšších teplot ( 875 °C) než granity, které mají tento poměr vysoký. Diagramy s experimentálními výsledky pro (Sylvester, 1998): A-taveniny derivované z pelitů, B- taveniny derivované z syntetických biotitických rul, Cvulkanoklastických rul. Čísla ukazují množství taveniny a teplotu experimentů. Klasifikace post-kolizních peraluminických granitů (Sylvester, 1998): A-granity derivované z psamitů, B-granity derivované z pelitů. IV. 3. Horninotvorné minerály obsahující bór • jedním z hlavních zdrojů B pro granitické taveniny jsou fylosilikáty • metamorfní slídy obsahují od 10 do 200 ppm B, přičemž větší obsahy bóru mají světlé slídy než biotit (Ahmad a Wilson, 1981) • kyanit a andalusit obsahují maximálně 200 ppm B, • sillimanit může zadržovat 2000 - 3200 ppm B (Grew et al. 1990) • ostatní horninotvorné silikáty jako živce, křemen, amfiboly či pyroxeny obsahují maximálně 10 ppm B. • hlavním zdrojem B v metapelitech je často turmalín • turmalín je stabilní v širokém rozmezí PT podmínek • k jeho tavení dochází až ve vyšších stupních amfibolitové facie • v mramorech bohatých na silikáty a vápenatosilikátových horninách: • axinit: Ca2(FeMgMn)Al2B(Si2O7)2O(OH), • danburit: CaB2Si2O8, • datolit: CaB(SiO4)(OH). • ostatní borosilikáty jsou rozšířeny daleko méně a nemají proto jako zdroj B pro granity tak velký význam: • v metapelitech a granulitech: • dumortierit: Al7(BO3)(SiO4)3O3 či kornerupin: Mg4Al6[(BO4)(SiO4)4(O,OH)2]. kornerupindumortierit axinit IV. 4. Zdroje bóru při anatexi metapelitů • Turmalín je nejběžnějším borosilikátem v metamorfitech • zůstává stabilní až do podmínek amfibolitové facie (Henry a Dutrow, 1996) • tlaku 5kbar je dravit v přítomnosti bórem bohatých fluid stabilní do 900 C • dravit bez alkálií je za stejných podmínek stabilní do 830 C (Schreyer a Werding 1997) • stabilitu turmalínu také výrazně ovlivňuje složení fluidní fáze • dravit bez alkálií je v fluidní fázi nesaturované bórem stabilní jen do 730 C (Werding a Schreyer, 1984) • turmalínem bohaté metasedimenty jsou vhodným protolitem pro vznik turmalinických leukogranitů • například anatexí protolitu obsahujícího 5 hmot.% turmalínu může vzniknout přibližně 20 až 30 hmot. % taveniny saturované turmalínem • podle jiných autorů jsou zdrojem pro vznik turmalinických granitů slídy obsažené v metapelitech. • bór potřebný pro vznik turmalínu však nemusí mít původ přímo v zdrojové hornině granitů, ale může být přinášen fluidní fází • zdrojem takových fluid mohou být metamorfovaná ložiska evaporitů (Acosta-Vigil ed al. 2001). • nízká kompatibilita B v běžných horninotvorných minerálech (obsahy B živcích a slídách 10–200 (vzácně 1000) ppm ; Grew et al. 1990. Důležitý může být boromuskovit • sillimanit někdy 2000 - 3200 ppm B • turmalín je hlavním minerálem B v granitech a metapelitech (e.g. Henry & Dutrow, 1992) Tu ve svorech Grt-St Tu v rulách Grt-Sill stabilita boromuskovitu Jung – Schreyer (2002) Tu v granitech Tur + Qtz ± Kfs ± Pl ± H2O = Crd ± Sil + B - tavenina Rozpad turmalínu • Ryoke metamorfní pás, SW Japonsko (Kawakami – Ikeda, 2003): • 1. Izográda rozpadu turmalínu se nachází uvnitř Kfs–Crd metamorfní zóny, k ochuzení rul o B dochází v důsledku rozpadu Tu.. • 2. Retrográdní dumortierity a turmalíny krystalují z B bohatých fluid které vznikly v důsledku krystalizace B bohaté taveniny. • Absence turmalínu v migmatitové zóně souvisí s rozpadem tohoto minerálů a přechodem B do taveniny (Kawakami, 2001). • K rozpadu turmalínu dojde v důsledku dehydratačních reakcí (Kawakami, 2001). • B uvolněný těmito reakcemi ovlivňuje mobilitu taveniny – viskozitu, a teplotu solidu taveniny což umožňuje snadnější uvolnění taveniny (Kawakami, 2001). IV. 5. Dehydratační tavení nebo přínos fluid? • Tavenina vznikající dehydratačním tavením má vyšší poměry Rb/Sr a nižší obsah Ba než tavenina vzniklá tavením metapelitů za přínosu fluid. • Například podle Harrise et al. (1993) při dehydratečním tavení metapelitů vzniká tavenina s poměrem Rb/Sr 5 zatím co při tavení za přínosu H2O je poměr Rb/Sr2. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 Sr (ppm) Rb(ppm) Rb/Sr5 Rb/Sr2 Ms deh. tav. Bt deh. tav. Roste stupeň tav. tav. s přínosem H2O BSE obrázek výsledku experimentu tavení s 2% H2O (MS): 6kbar a 750 °C vzniká tavenina s relikty Ms, Pl, Qtz a chybí typické struktury pro dehydratační tavení (Patino Douce a Harris, 1998). • Také obsahy hlavních oxidů v tavenině jsou odlišné. • Při dehydratačním tavení muskovitu (při 6, 8 a 10 kbarech) vzniká tavenina odpovídající svým chemickým složením peraluminickým leukogranitům, ale tavením metapelitů za přítomnosti H2O vzniká magma trondhjemitického složení (Patino-Douce a Harris, 1998). • Tyto rozdíly jsou způsobeny rozdílnými poměry minerálů, které do tavení vstupují. V prvním případě lze dehydratační tavení muskovitu popsat: • 22Ms + 7Pl + 8Qtz = 25 tavenina + 5Kfs + 5Sil + 2Bt v případě, že je do systému přinášena voda může tato reakce proběhnout takto: • 9Ms + 15Pl + 7Qtz + xH2O = 31 tavenina Chemické složení experimentální taveniny a složení leukogranitů (Inger a Harris, 1993, Patino Douce a Harris, 1998). Chemické složení experimentální taveniny čísla znázorňují množství vody/teplotu (Patino Douce a Harris, 1998). MS muskovitový svor, MBS muskovitbiotitický svor A. Dehydratační tavení muskovitu • Rozpadem muskovitu vzniká relativně malé množství taveniny, avšak často s vysokými obsahy B (Nabelek a Bartlett, 2000). • Právě proto jsou takové taveniny vhodným protolitem pro vznik turmalinických granitů. • Produktem dehydratačního tavení muskovitu je tavenina s nízkým obsahem Fe a Mg avšak s vysokým poměrem Fe/(Fe+Mg). Typický je nízký obsah Sr a vysoký obsah Rb. • Obsah Ba je nízký, protože během tavení vzniká reziduum obohacené draselným živcem, ve kterém se Ba koncentruje (Inger a Harris, 1993). BSE obrázek výsledku experimentu Ms dehydratačního tavení (MS): 6kbar a 800 °C rozpadem Ms vzniká Sill+Bt+Kfs+tav. (Patino Douce a Harris, 1998). BSE obrázek výsledku experimentu Ms dehydratačního tavení (MBS): 10kbar a 820 °C rozpadem Ms vzniká Sill+Bt+Kfs+Grt+tav (Patino Douce a Harris, 1998). • B. Dehydratační tavení biotitu • V metamorfovaných horninách je zastoupení B v biotitu (1-53 ppm) ve srovnání s muskovitem (10-1340 ppm) nízké (Henry a Dutrow, 1996), avšak v průběhu dehydratačního tavení biotitu může docházet k rozpadu bórem bohatých minerálů jako je turmalín. • Vzniklá tavenina má vyšší obsahy Fe a Mg poměr Fe/(Fe+Mg) závisí na složení zdrojového biotitu a na stupni tavení (Nabelek a Bartlett, 2000). • Tavenina bývá obohacena Ti, protože tento prvek je v biotitu zastoupen podstatně více než v muskovitu (Nabelek a Glascock, 1995). • Oproti tavenině vzniklé dehydratačním tavením muskovitu bude mít tato tavenina nižší obsahy Rb a naopak vyšší obsahy Sr a Ba. 850°C 900°C BSE obrázek výsledku experimentu Bt dehydratačního tavení: 6kbar. (Castro et al., 2000). Phase proportions in the run products expressed as a function of temperature (EXPERIMENTS). A Melt proportions relative to those of the principle reactant minerals in the four samples. This highlights the relatively low temperature production in the two mica metapelites between 850 and 900C, and the control of melt fraction at very high temperature by bulk rock water content (Spicer – Stevens – Buick, 2004) Ms-Bt metapelites • Mezi 750 and 800 °C, mizí kompletně muskovit v důsledku dehydratačního tavení Ms+Bt (Spicer – Stevens – Buick, 2004) • 18.8Qtz + Bt + 4Ms + 0.3Tur = 8Melt 1 + 1.6Spl + 0.5Crd • Touto rekcí může vznikat ve slídami bohatých vzorcích až 60% taveniny při 800 °C • Během této reakce je částečně konzumovaný turmalín (přednostně je konzumovaná elbaitová komponenta). 70 71 Fázový diagram pro granity Při 0,15 Gpa (Attrill a Gibb, 2003) IV. 6. Krystalizace granitické taveniny 1) termální energie + minerál bohatý H2O = minerál bez H2O nebo chudý H2O + H2O fluida 2) termální energie + minerál bohatý H2O = minerál bez H2O nebo chudý H2O + tavenina 3) podobně funguje také krystalizace tavenina = termální energie + minerál bohatý H2O nebo minerál + H2O volná fluidní fáze může reagovat s již vykrystalovanými minerály Zharikov V.A., Epelbaum M.B., Zaraisky G.P., Simakin A.G., Balashov V.N. Numerical modeling of heat- and mass-transfer at greisen deposit Akchcatau // Outlines of physico-chemical petrology. Moscow: Nauka, 1988. V.15. P.38- 69 (in Russian). • idealizované poměry mezi nukleací a růstem krystalů v závislosti na teplotě a rychlosti krystalizace pod bodem tavení • pomalé chladnutí má za následek jen malému podchlazení (Ta), • tak vzniká malé množství velkých krystalů • rychlé chladnutí umožňuje větší podchlazení (Tb), • výsledkem je pomalejší růst a rychlejší nukleace což produkuje drobné krystaly • velmi rychlá krystalizace má za následek malou nebo žádnou nukleaci a růst (Tc) produktem je sklo Pomalá krystalizaceRychlá krystalizace 500 m An58 An59 Pl Glass An23 Fo 67 An59 1000 m Fo 55 Cpx Pl Ol Glass An58 Mg# 60 Mg# 67 Bazalty-příklad Singlecrystal xenocrystbroken from thedikesalls Phenocrysts growfrom the liquid Dikeorsill Polycrystalline Xenolithbroken from thedikewalls Branchdike Při výstupu magmatu mohou vznikat fenokrystaly (malý počet nukleačních center). Magma také interaguje s okolím a odtrhává ze stěn žíly xenokrysty a xenolity. Rozdílná velikost zrna závisí na rozdílné rychlostí chladnutí v různé vzdálenosti od okraje tělesa. Voda a krystalizace taveniny Nerovnovážné reakce při krystalizaci (disequilibrium) – důkaz fluid v tavenině Důkazy • izolovaná xenomorfní zrna nesou známky rozpouštění • reakční lemy • složená zonálnost minerálů (compositionally zoned) minerály vzniklé neúplnou reakcí • přítomnost minerálních zrn, která jsou v daném systému nestabilní (olivín v granitu) Compositionally zoned hornblende phenocryst with pronounced color variation visible in plane-polarized light. Field width 1 mm. Hornblende phenocryst dehydrating Příklad reakčního lemu kolem amfibolu • reakční lem vzniká v důsledku snížení tlaku fluid během výstupu magmatu k povrchu • amfibol se na okraji rozpadá na pyroxeny, magmetit, plagioklas a ilmenit • z mocnosti reakčního lemu můžeme usuzovat na rychlost výstupu taveniny k povrchu • u vulkánu Mount St. Helens je hloubka magmatického krbu kolem 6-16 km a magma může vystupovat rychlostí 15-66 m/h Hornblende phenocryst in an andesite formed during an ancient eruption of Mount Shasta, CA. P-T diagram (Pwater = Ptotal) ukazující stabilitu amfibolu pro dacity z Mount St. Helens (Rutherford and Hill, 1993) s vyznačením možné dráhy výstupu magmatu z magmatického krbu během erupce v roce 1980: Cpx = klinopyroxen, Opx = ortopyroxen, Plg = plagioklas, Mt = magnetit, Ilm = ilmenit Skupina dioktaedrických slíd: • Muskovit: KAl2[AlSi3]O10(OH)2 • Paragonit: NaAl2[AlSi3]O10(OH)2 • Mg-Al-seladonit: K[MgAl][Si4]O10(OH)2 • Fe-Al-seladonit: K[FeAl][Si4]O10(OH)2 • Muskovit je jedním z typických minerálů pro peraluminické granity. • Křivka ohraničující pole stability muskovitu protíná křivku tavení granitu zhruba při 3,5 kbarech a 700 C. • Takže muskovity krystalují z taveniny jen za tlaku nad 3,5 kbar při nižším tlaku mohou vznikat jen pozdějšími procesy v již utuhlé hornině. • Při vzrůstu zastoupení bóru v tavenině klesá hranice stability muskovitu do nižších tlaků (Pichavant, 1987). • Primární magmatický muskovit je bohatší na Ti, Al, Na a naopak chudší na Mg a Si (Deer et. al., 1992). Primární a sekundární muskovit • Drobné lupínky muskovitu uvnitř draselného živce, vznikají sekundárně uvolněním Si a K z živce, podobně jako muskovity vzniklé rozpadem cordieritu. • Primární muskovit se od sekundárního liší nejen texturně, ale i chemicky. • Oba typy muskovitů je někdy možné rozlišit podle minerální asociace. Je-li minerální asociace chudá na hliník, je pravděpodobně muskovit sekundární. Sill Ms Kfs And Ms Kfs Qtz Pl Cordierit • Na základě texturních znaků rozdělil Clarke (1995) cordierity ve vyvřelinách na několik skupin: Cordierity typ 1: • Metamorfní: jsou prostorově spjaté s enklávami metamorfitů. • Jde o xenokrysty uvolněné rozpadem xenolitů v důsledku rozdílné termální roztažnosti jednotlivých minerálů. Jejich poikilitická zrna jsou v nerovnováze s okolním magmatem. • Do stejné skupiny patří i restitické cordierity, které v sobě často uzavírají biotit, sillimanit či spinel (hercynit). Cordierity typ 2: • Magmatické vznikly krystalizací z magmatu. Tuto skupinu dále dělí na peritektické a kotektické. • Peritektické vznikly reakcí pevné fáze s taveninou například: L + Kfs + Grt = Crd + Bt + Qtz. Tyto cordierity často lemují pelitické xenolity nebo minerály, jako je granát. • Kotetické rostly přímou krystalizací z magmatu a jsou s ním v rovnováze. Jsou často automorfní a obsahují inkluze minerálů, které tvoří okolní horninu. Cordierity typ 3: • Metasomatické (vzniklé v subsolidu) od automorfních po xenomorfní zrna nebo jejich shluky vznikající podél oslabených zón v granitech (například mohou podél pukliny tvořit „řetězce“ krystalů). Často bývají tyto cordierity lemovány leukokratním lemem. • Leukokratní lemy bez biotitu mohly například vznikat reakcí: živec + biotit + fluidní fáze 1 = cordierit + (Na – K) fluidní fáze 2. Někdy se pseudograficky prorůstají s křemenem. Cdr Bt Qtz Grt Pl • Dekompresní reakce • Na základě klasifikace cordieritů vzniklých krystalizací z granitové taveniny (Clarke, 1995) můžeme tento minerál označit jako peritektický. • Patrně vznikl reakcí: tavenina + Grt + Qtz + Sil = Cdr + Bt během výstupu a chladnutí granitového magmatu. Texturní rozdělení turmalínu v granitech  I) Automorfní až hypautomorfní zrna rozptýlená v muskovitickém granitu.  II) Automorfní až hypautomorfní zrna tvořící nepravidelné smouhy až žíly (mocnost od 1 cm do 5 cm) v muskovit-biotitickém granitu. Kolem těchto struktur bývá vyvinut leukokratní lem.  III) Xenomorfní zrna zatlačující živce situovaná v blízkosti puklin, nebo koncentrovaná do drobných shluků podobných orbikulí.  IV) Automorfní až hypautomorfní sloupce na puklinách granitů často uspořádané do radiálně paprsčitých agregátů. I II IV III ? Schéma sukcese krystalizace minerálu v granitech typu Ořechov Melt Fsp Tu Bt Tu Fsp Qtz Tu Melt Bt Fsp Qtz Tu Bt I II IV III VI. 6. Indikátory frakční krystalizace a parciálního tavení v granitické tavenině • Interpretace chování většiny prvků v granitické tavenině je složitá, protože mohou vstupovat do struktury řady minerálů. • Proto se při modelování krystalizace granitů používají alkalické kovy a alkalické zeminy (především Rb, Sr a Ba), které jsou v podstatné míře zastoupeny pouze v živcích a slídách. • Draselné živce koncentrují Rb, Ba, Eu a plagioklasy Sr (Bea et al.,1994; Bea, 1996; Icenhower a London, 1996). • Problémem ale zůstává skutečnost, že distribuční koeficienty jsou výrazně závislé na dalších charakteristikách systému (PTX podmínky). • To je zvláště zřetelné u Eu, jehož množství v granitické tavenině často odráží spíše fugacitu kyslíku než stupeň diferenciace (Terakado a Fujitani, 1995). Kfs Pl Pl Diferenciace taveniny Rb/Sr=5 Stupeňtavení (A) StupeňtaveníDiagramy Rb/Sr-Ba (A) a Fe/(Fe+Mg)-TiO2 (B) s vyznačenými trendy frakcionace taveniny a vzrůstu stupně tavení. V diagramech jsou vyneseny hodnoty převzaté z literatury uvedené v textu: 1) granity vzniklé dehydratačním tavením muskovitu, 2) granity vzniklé dehydratačním tavením biotitu, 3) diferenciované cínonosné granity, 4) průměrné složení metasedimentu v oblasti Zanskar (Himaláje). • Data použitá v diagramech pocházejí z těchto zdrojů: granity vzniklé dehydratačním tavením muskovitu a biotitu (Visonà a Lombardo, 2002), cínonosné frakcionované granity (Stone, 1992, Manning a Hill, 1990; Sawka et al. 1990; Schwartz a Askury, 1989, Rozendal a Bruwer, 1995), průměrné složení metasedimentu (Ayres a Harris, 1997).