Granity a kontinentální kůra
II
(geochemické modelování granitů)
David Buriánek
pouze pro potřeby výuky
• II. 1. Experimenty-úvod
• II. 2. Binární systém alkalických živců Ab-An
• II. 3. Binární systém alkalických živců Ab-Kfs
• II. 4. System KAlSi2O6 - SiO2
• II. 5. Systém Qtz-Ab-Or (Haplogranity)
• II. 6. Systém Ab-H2O
• II. 7. Třísložková soustava Kfs-Ab-An
• II. 8. Vodou saturovaný granitový systém (Qtz-Kfs-Pl)
• II. 9. Oxidačně redukční podmínky a vliv slíd a amfibolu
• II. 10. Role vybraných prvků v granitové tavenině
• A. Chování fosforu v magmatickém procesu
• B. Chování fluoru v magmatickém procesu
• C. Chování bóru v magmatickém procesu
• II. 11. Systém Qtz-Ab-Or-Al2O3
• II. 12. Systém Qtz-Ab-Or-B2O3
• II. 13. Systém KFMASH
• II. 14. Voda v tavenině granitů
• II. 15. Shrnutí experimentů
• Ve soustavách složených ze dvou komponent:
1) mají invariantní asociace čtyři fáze,
2) univariantní asociace mají tři fáze,
3) divariantní asociace mají dvě fáze
4) trivariantní asociace mají jednu fázi
• P je zpravidla uveden v pascalech (v MPa nebo GPa), nebo v barech (1 bar = 0,1 MPa)
• Vnější podmínky pro platnost většiny použitých stavových diagramu:
1) děj je izochorický (stejnotlaký – tj probíhá při neměnném okolním tlaku)
2) většinou dostatečně pomalý aby mohly probíhat difuzní děje v pevné látce
• Pole stabilních asociací jsou oddělena křivkou likvidu (l) a linií solidu (s).
• Difuze je pronikání částic (zpravidla molekul i atomů) z oblasti vyšší koncentrace do oblasti
nižší koncentrace, probíhající do té doby, než se koncentrace vyrovnají.
• K difúzi dochází v plynech, kapalinách a omezeně i v pevných látkách.
II. 1. Experimenty-úvod
• 1) tavením sedimentárního protolitu v kůře (jílovce, pískovce)
• Ms+Qz+Pl = melt+Sill+Kfs (740ºC, 7kbar)
• Bt+Sill+Qz+Pl = melt+Grt/Crd+Kfs (850ºC, 10 kbar)
• Bt+Qz+Pl = melt+Opx±Cpx+Kfs (900ºC, 10 kbar)
• 2) intenzivní frakcionací plášťového magmatu
Vznik granitické taveniny
Bowenovo reakční schéma Gabro
Diorit
Granit
II. 2. Binární systém alkalických
živců Ab-An
• Plagioklasy tvoří izomorfní řadu s úplnou
mísivostí
• Likvidus: křivka v T-X diagramu určuje
spodní hranici taveniny bez krystalů a zároveň
popisuje složení taveniny, která koexistuje v
rovnováze s krystaly.
• Solidus: křivka určuje spodní hranici výskytu
taveniny v systému
• Likvidus a solidus vytváří smyčku, která
spojuje body tání čistého albitu a anortitu
• V tomto univariantním systému spolu
koexistují v dvoufázové oblasti (2) krystaly s
vyšším obsahem An a tavenina s vyšším
obsahem Ab než je průměrné složení systému.
C = složka, P = fáze (minerál), F = stupně volnosti
D
fd e
de ef
Princip pákového pravidla:
Množství taveniny
Množství pevné fáze de
ef
=
kde d = složení taveniny, f = složení solidu
a e = celkové složení
liquidus
solidus
• výsledkem jsou chemicky homogenní
krystaly
• mají stejné složení jako původní tavenina
• Rovnovážná krystalizace
• musí docházet k difuzní výměně iontů mezi taveninou a krystaly
• difuze je rychlejší než krystalizace
• Frakční krystalizace
• krystaly a tavenina spolu nemají možnost reagovat v důsledku oddělení krystalů
(gravitační diferenciace nebo rychlá krystalizace)
• výsledkem jsou chemicky zonální krystaly okraje krystalů mají v ideálním případě složení
čistého Ab
Diagram (Johannes, 1978; Morse, 1980) ukazující vliv tlaku H2O a
další komponenty (Di) na teplotu tavení v binárním systému An-Ab
• Přidáním vody případně dalších komponent snížíme teplotu krystalizace
Diagram (Johannes, 1989, Contrib. Min. Pet. 84, 264 -
273) ukazuje že, pokud do systému přidáme Qtz, vodu
a případně Or teplota se sníží a celá smyčka je plošší
Diagram ( Johannes & Holtz, 1991, Trans. Roy.Soc.Edin. Earth Sci. 83, p 417-
422) při nízkém tlaku se teplota dále snižuje a smyčka je ještě více plochá
• Za vyšších tlaků je teplota krystalizace nízká
Vznik normální zonálnosti plagioklasů
• Vznik oscilační zonálnosti plagioklasů
• a) Opakující se ostrá zonálnost (magma mixing).
• b) Malé nepravidelné oscilace způsobené s lokální nerovnovážnou krystalizací.
• c) Komplexní oscilace způsobená magma mixingem a lokální nerovnovážnou krystalizací.
II. 3. Binární systém alkalických živců Ab-Kfs
• Při tavení v bezvodém systému Ab-Kfs se objevuje poměrně rozsáhlé pole stability leucitu.
• Takový systém pak není binární a mluvíme o inkongruentním tavení.
• Vzniká tak tavenina rozdílného složení, než původní pevná fáze a nová fáze leucit
(KAlSi2O6).
• Pokud ale zvýšíme tlak vody, pole stability leucitu se zmenší nebo úplně zmizí.
• Vznikne tak binární systém, jehož chování je výrazně ovlivněno tlakem vody.
• Sledujeme-li chování systému Ab-Kfs při vzrůstu obsahu vody v tavenině,
vidíme že se vyvíjí od krystalizace hypersolvu až ke krystalizaci v subsolvu.
Změny teploty během krystalizace taveniny
• Eutektikum je tavenina takové poměrové směsi dvou nebo více složek, z níž tyto složky při
dosažení určité minim. teploty krystalizují najednou.
• Například v některých granitech takto krystalizuje prorůstající se směs křemene a živce.
Hypersolvus:
• Při malých obsazích vody (několik hm.
%) spěje tavenina při krystalizaci do
teplotního minima.
• Při krystalizaci z taveniny s převahou
Kfs komponenty vzniká pevný roztok
draselného živce s podílem albitové
komponenty.
• Takto vzniklé krystaly jsou však stabilní
jen po určitou teplotu-teplotu solvu.
• Klesne-li teplota pod solvus, rozpadne
se původní pevný roztok na dva nové
(jeden s převahou Kfs, druhý
s převahou Ab). Tímto odmíšením na
dvě fáze vznikají pertity.
Ringový komplex Cauro-Bastelica (Korsika, přehrada Tolla) hypersolvní
fayalitový granit
Subsolvus:
• S nárůstem množství vody v systému se k sobě křivky solidu a solvu přibližují,
až se dotknou.
• Místo bodu teplotního minima se objevuje eutektický bod.
• V takovém případě tavenina utuhne přímo v podobě dvou živců.
• Oba živce se během dalšího chladnutí pod solvem mohou dále rozdělit, ale toto
odmíšení již nebývá tak patrné a často jej pozorujeme jen u draselných živců.
Hypersolvní vs. subsolvní granity
Yoder et al., 1957; Morse, 1970
Schematický nákres znázorňující
vliv vzrůstu množství vody v
tavenině na chování křivky likvidu
v systému Ab-Kfs při tlaku 0.5
GPa.
Teplotní minimum (M) po
překročení kritické koncentrace
(C) vody v tavenině mění na
eutektikum (E).
II. 5. Systém Qtz-Ab-Or (Haplogranity)
• V případě, že je tavenina nasycena vodou, můžeme pozorovat v intervalu od tlaku 1bar
do 4 kbar značný pokles teploty solidu s nárůstem tlaku.
• S dalším nárůstem tlaku je již pokles teploty podstatně menší.
• S poklesem aktivity vody v haplogranitické tavenině se teplota solidu posouvá do
vyšších teplot.
• Poněkud jinak se chová „suchá“ haplogranitická tavenina, u níž s nárůstem tlaku naopak
stoupá teplota solidu a to zhruba o 10C na 1 kbar (obr.).
PT Diagram zobrazující křivky solidu pro taveninu vodou
nasycenou a bezvodou v systém Qtz-Ab-Or (akfs – alkalické
živce, jd – jadeit, cos - coesit, m – tavenina). Diagram je
převzat z práce Johannese a Holtze (1996).
II. 6. Systém Ab-H2O
The effect of H2O saturation on the melting of
albite, from the experiments by Burnham and
Davis (1974). A J Sci 274, 902-940. The “dry”
melting curve is from Boyd and England
(1963). JGR 68, 311-323.
• Tvar křivky vodou nasycené a bezvodé taveniny je odlišný
• Tavení albitu s fixní aktivitou vody
• Fluida se skládají ze směsy CO2-H2O (Pf = Ptotal)
From Burnham and Davis (1974). A J Sci., 274, 902-940.
II. 7. Třísložková soustava
Kfs-Ab-An
• Trojúhelník ukazuje
složení koexistujících
živců při teplotě 900oC
Winter (2001) An Introduction
to Igneous and Metamorphic
Petrology. Prentice Hall.
• V trojsložkových soustavách mají
invariantní asociace po pěti fázích,
univariantní po čtyřech,
divariantní po třech, trivariantní po
dvou a asociace se čtyřmi
volnostmi mají jen po jedné fázi.
• Asociace s 5 nebo více volnostmi
nejsou v trojsložkových
soustavách možné.
II. 8. Vodou saturovaný
granitový systém (Qtz-Kfs-Pl)
Kfs
Qtz
Pl
Počáteční celkové složení
Qtz
PlKfs
• Je poměrně dobrá shoda mezi složením většiny granitů a tímto diagramem ale mnoho
granitů je oproti předpokladům obohaceno o Kfs ve srovnání s předpokládaným
eutektickým složením.
• To můžeme vysvětlit přítomností anortitové komponenty v tavenině.
• Granity se také většinou netaví za podmínek kdy je tavenina nasycena H2O.
Diskriminační diagram
pro granity Hf-Rb/20Ta
x 3 (Harris et al.,
1986)
Vliv tlaku na krystalizaci granitů
• teplota ternárního minima klesá se vzrůstem
tlaku
• ternární minimum se mění na ternární
eutektikum v důsledku protnutí solvu a solidu
taveniny
II. 9. Oxidačně redukční podmínky a vliv slíd a amfibolu
Wones & Eugster, 1965
• fO2 má vliv nejen na stabilitu tmavých minerálů ale i na stabilitu tektosilikátů (Dall’Agnol
et al., 1994).
• Pro danou teplotu a obsah H2O platí že redukční podmínky korespondují s nižším
poměrem krystaly tavenina než oxidační podmínky (Scaillet et al., 1997).
II. 10. Role vybraných prvků v granitové tavenině
• Koncentrace bóru v granitových
taveninách bývá nízká, obvykle
nepřesahuje 1 hm. % (Pichavant
a Manning, 1984).
• Během frakcionace však může
obsah boru v tavenině výrazně
narůstat.
The Ab-Or-Qtz system with the ternary cotectic curves and eutectic minima from 0.1 to 3 GPa. Included is the locus of most granite
compositions from Figure 11-2 (shaded) and the plotted positions of the norms from the analyses in Table 18-2. Note the effects of
increasing pressure and the An, B, and F contents on the position of the thermal minima. From Winter (2001) An Introduction to
Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
• vodou nasycená tavenina (water saturated melt): obsahuje tolik vody kolik za daných PT je
možné a musí koexistovat s fluidní fází (závisí na složení taveniny a XH2O).
• přítomnost vody vede ke:
snížení teploty solidu a likvidu
+ depolymerizaci: rozpadu O-O
vazeb mezi tetraedrickými
skupinami (drasticky se snižuje
viskozita).
Vzrůst PH2O snižuje teplotu krystalizace albitu a anortitu ve vodou nasycené tavenině
• Složení magmatických fluid: CO2, H2O, SO2, CO, H2, S2 , HCl, F, B
Vliv dalších komponent na teplotu solidu taveniny.
A. Chování fosforu v magmatickém procesu
• Při tavení metapelitů je zdrojem fosforu pro granitovou taveninu především apatit, zatímco
ostatní fosforečnany (xenotim, monazit) mají jen okrajový význam.
Apatit v granitu
A. Chování fosforu v magmatickém procesu
• Peraluminické granitické taveniny mohou při
teplotě 750 C obsahovat až 0,7 wt % P2O3 (Wolf a
London, 1994).
• Během krystalizace je P v peraluminických
granitech vázán nejen do akcesorických
fosforečnanů, ale i do alkalických živců.
• Distribuční koeficient mezi alkalickými živci a
taveninou je 2,05(ASI)-1,75 (London et al., 1993).
• Avšak obsahy P v horninách jsou obvykle nižší, než
jaké by podle obsahu živců měly být.
• Tento jev autoři vysvětlují buď oddělením fosforem
bohaté zbytkové taveniny (Bea et al. 1994), nebo
mladší alterací (sericitizace), při níž se fosfor
z živců uvolnil (London, 1992).
• Vysoce diferenciovaná magmata mohou obsahovat
1-2,5 wt % P2O5 , v takových granitech se může
objevit celá řada Fe-Mn-Al fosfátů.
• Fosfor patří mezi prvky, které výrazněji nevstupují
do fluidní fáze (London et al., 1993).
Chování fosforu v granitické tavenině (London, 1997).
B. Chování fluoru v magmatickém procesu
• Zdrojem fluoru při tavení kontinentální kůry
jsou především slídy a amfiboly (Icenhower a
London, 1995).
• Distribuční koeficient mezi biotitem a taveninou
experimentálně určili Icenhower a London
(1997): DF
Bt/melt = 0,1008*(100*
(Mg/{Mg+Fe+Mn}))-1,08.
• Taveniny vzniklé dehydratačním tavením slíd
mívají desítky až tisíce ppm F (Visonà a
Lombardo, 2002).
• V peraluminických magmatech jsou hlavními
minerály, které koncentrují fluor, slídy a apatit;
ve výrazně diferenciovaných granitech se
mohou objevit fluorit a topaz (Audétat et al.,
2000).
• Topaz a fluorit však často nekrystalují přímo
z magmatu, ale z fluid provázejících závěrečné
fáze krystalizace (pneumatolytické a
hydrotermální procesy).
• Pro obsahy 1-4 wt % F v tavenině se distribuční
koeficient mezi fluidní fází a taveninou
pohybuje kolem 0,3.
Vliv fosforu, bóru a fluoru na viskozitu
haplogranitické taveniny. Bezvodá tavenina má
složení: Qtz36Ab39Or25 (Dingwell et al. 1993).
• Aby mohl turmalín z peraluminické taveniny krystalovat, musí podle experimentů
prováděných za teplot 700-450 C obsah B2O3 v tavenině přesáhnout 2 hm.% (WolfLondon,
1997).
• Podle těchto autorů může turmalín vznikat reakcemi (1) a (2):
• KFe3AlSi3O10(OH)2 + NaAlSi3O8 + 2,5 Al2SiO5 + 0,5 SiO2 + 1,5 B2O3 + H2O = NaFe3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4 + KAlSi3O8 (1)
• Fe2Al4Si5O18 + FeAl2O4 + NaAlSi3O8 + 1,5 B2O3 +2 H2O = NaFe3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4 + 0,5 Al2SiO5 + 1,5 SiO2 (2)
• Pokud v tavenině nemohou probíhat reakce (1) a (2), přechází bor do zbytkových fluid.
Distribuční koeficient mezi fluidy a taveninou se pohybuje od  1 do 3 (London, 1997).
• Zbytková fluida pak reagují především s biotitem a amfibolem v horninách obklopujících
intruzi a vytváří akumulace turmalínu.
• Bór ovlivňuje fyzikální vlastnosti taveniny.
• Snižuje teplotu solidu granitové taveniny - experimentálně bylo zjištěno, že již 5 hm. % B
ve vodou nasycené granitové tavenině snižuje teplotu solidu o 60C i více (London, 1996).
• Bór zvyšuje rozpustnost H2O v tavenině (Pichavant, 1981 a 1983) a zároveň (obr.) snižuje
viskozitu taveniny (Dingwell et al., 1993).
C. Chování bóru v magmatickém procesu
Chování bóru v granitické tavenině (London, 1992).
• Bór se poměrně špatně začleňuje do
struktury většiny v granitech běžných
minerálů (Qtz, Pl, Kfs).
• Často se koncentruje ve zbytkové tavenině
nebo vytváří turmalín.
• Při krystalizaci peraluminických granitů
často z počátku krystaluje biotit, cordierit,
či granát.
• Jak krystalizace pokračuje, klesá
v magmatu obsah femických prvků a
stoupá obsah B2O3.
• Tento proces vede k tomu, že místo biotitu
(cordieritu, granátu) začíná krystalovat
turmalín.
• Při teplotě 700-450 C může turmalín
krystalizovat jen když obsah B2O3 v
peraluminické tavenině přesáhne 2 wt. %
(Wolf a London, 1997).
II. 11. Systém Qtz-Ab-Or-Al2O3
• Tento systém lze při určitém zjednodušení
ztotožnit s peraluminickými granity, které
vznikají tavením kontinentální kůry.
• Porovnáme-li složení taveniny v minimu u
subaluminické horniny a peraluminické
horniny, vidíme posun k vyšším obsahům
Qtz.
• Peraluminické horniny také mají nižší teploty
tavení (o 20-25 C). Teplota solidu
v peraluminických horninách může být navíc
výrazně snížena přítomností prvků, které se
obvykle koncentrují v zbytkové tavenině (B,
F, Li).
• Právě nižší teplota tání (obr.) spolu
s přesycením magmatu hliníkem je příčinou
toho, že v některých granitech krystalují
alumosilikáty především andalusit, které jsou
v ostatních granitech interpretovány jako
restity.
PT diagram zobrazující pozici křivek solidu pro subaluminickou křemen-živcovou taveninu a peraluminickou křemen-živcovou taveninu.
Trojný bod pro Al2SiO5 je stanoven podle Holdaway (1971) Vyšrafovaná plocha vyznačuje podmínky za nichž může z peraluminické
taveniny krystalovat andalusit (Johannes a Holtz 1996).
And
Sill
Kfs
Qtz
• Vztah mezi solidem granitové taveniny a
stabilitou mezi Sill a And závisí nejen na
složení taveniny.
• a) Kombinace haplogranitické taveniny
(Tuttle & Bowen, 1958 ) a And = Sil
hranice podle Holdawaye (1971) ukazuje
že by andalusit v granitech vznikat neměl.
• Kombinace haplogranitické taveniny
(Tuttle & Bowen, 1958 ) a And = Sil
hranice podle Pattisona (1992 ; P92)
krystalizaci And za omezených PT
podmínek umožňuje.
• b) Kombinace solidu peraluminické
taveniny (Johannes & Holtz, 1996 ) a And
= Sil hranice podle Richardsona et al.
(1969 ; R69) rozšiřuje pole stability And +
tavenina na maximum (AND MAX’).
CLARKE, D. B. et al. J. Petrology 2005
46:441-472
• Diagram A/CNK vs. procento krystalizace haplogranitické taveniny zobrazuje dráhy
krystalizace pro různé taveniny:
• 1) krystalizuje jen Qtz + Fsp
• 2) krystalizují slídy ve slabě peraluminické tavenině
• 3) dojde k saturaci Al2SiO5 v důsledku kombinace frakcionace živců a saturování
taveniny vodou, nebo poklesem tlaku což vede k poklesu rozpustnosti hliníku a vody
• 4) dojde k saturaci Al2SiO5 v důsledku krystalizace živců
• 5) od začátku saturace Al2SiO5 CLARKE, D. B. et al. J. Petrology 2005 46:441-472
Vznik magmatického andalusitu v PT diagramu. Oblast oblast definovaná jako AND MAX ohraničuje vodou saturovaný solidus peraluminické
granitové taveniny (Johannes & Holtz, 1996), reakce And = Sil (R69; Richardson et al. 1969). (a) Dráha isobarického chladnutí (Isobaric
cooling paths). (b) Dráha adiabatické dekomprese (Adiabatic decompression paths). CLARKE, D. B. et al. J. Petrology 2005 46:441-472
II. 12. Systém Qtz-Ab-Or-B2O3
• Pichavant (1981) zjistil, že teplota solidu výrazně klesá, jestliže ve fluidní fázi narůstá
množství B2O3 (obr.). Experiment byl prováděn při tlaku 1kbar v systému saturovaném
vodou.
Změna teploty počátku tavení v systému QAb-Or
v závislosti na koncentraci B2O3 ve
fluidní fázi při tlaku 1 kbar (Pichavant,
1981): L = tavenina, V - fluidní fáze, Ctx =
krystalická fáze.
• Při vzrůstu obsahu B2O3 se kotektická křivka v trojúhelníkovém diagramu Qtz-Ab-Or
posouvá směrem k spojnici Ab-Or (Pichavant, 1987).
• Tento posun kotektické křivky a s ním spojený pokles kotektické teploty je výraznější
v systémech bohatších na Ab-komponentu (obr.).
• Současně je možné pozorovat posun složení taveniny v teplotním minimu s nárůstem
obsahu B2O3 k Ab vrcholu trojúhelníku.
• Jestliže snižujeme obsah H2O v tavenině za konstantního tlaku, stoupá teplota likvidu.
• Zároveň se složení taveniny v teplotním minimu posouvá ke spojnici Qtz-Or, přičemž
obsah Qtz je konstantní.
Projekce kotektických křivek a minim taveniny v systému Qtz-AbOr
pro 0, 1, 4,5 hmot.% B2O3. Experimenty byly prováděny ve
vodou nasyceném systému pří tlaku 1 kbar (Pichavant, 1987).
Body znázorňují pozici minima a eutektika v systému nasyceném
vodou. Hvězdička složení minima pro 4,5 hmot. % B2O3 v systému
nenasyceném vodou (zhruba 2,8 hmot.% vody v tavenině). Křížek
znázorňuje hypotetickou pozici minima pro 4,5 hmot.% B2O3 a 3,7
hmot.% vody v tavenině. Plná šipka znázorňuje vývoj složení
minima s nárůstem obsahu B2O3 za podmínek nasycení magmatu
vodou (s teplotou narůstá obsah vody v tavenině). Přerušovaná
čára znázorňuje vývoj minima při konstantním obsahu vody
v tavenině (3,7 hmot.% vody).
• Složení fluidní fáze, která je v rovnováze s haplogranitickou taveninou, je přítomností či
nepřítomností bóru výrazně ovlivněno.
• Pro fluidní fázi v systémech bohatých bórem je typická převaha Si nad alkáliemi a velmi
nízký poměr Al/alkálie.
• Jestliže v haplogranitickém systému stoupá množství bóru, vzrůstá zároveň i podíl Na a
klesá podíl Si a Al ve fluidní fázi.
• Přítomnost bóru ovlivňuje chování fluid podobně jak přítomnost chlóru.
• Chlór se ale chová kvantitativně poněkud jinak. Například poměr alkalií ve fluidní fázi
stoupá výrazněji, než tomu bylo při vzrůstu koncentrace bóru.
Dehydratačním tavení metapelitů
z protolitu Bt+Ms+Qtz+Fsp vzniká:
1) tavenina (granitické složení)
2) reziduum Sil+Grt+Cdr+Px (hypersten)
tavenina vzniká:
1) s přínosem vody
• 600-650 °C v celém rozsahu kůry
2) při tavení dehydratačním
• 15-40 km a 650-750 °C
II. 13. Systém KFMASH
Diagram znázorňující hlavní reakce v systému NKFMASH
Thompson 1982
Skupina granátu
Krychlový nesosilikát X3Y2Si3O12
X: Fe 2+, Mg, Mn Ca; Y: Al, Fe 3+, Cr
• Pyrop Mg3Al2Si3O12
• Almandin Fe3Al2Si3O12
• Spessartin Mn3Al2Si3O12
• Grosular Ca3Al2Si3O12
• Andradit Ca3Fe3+
2Si3O12
• peraluminické granity
• granát s výrazným podílem Sps
komponenty (Deer et. al., 1992)
• nabohacen na HREE
• má slabou negativní Eu anomálii
(Harris a Ayres, 1997)
• nemusí to platit pro granitické
horniny metaluminosní
při vzniku taveniny:
• fluidní fáze se uvolňují reakcemi,
• spotřebovávají minerály obsahujících ve
své struktuře vodu (biotit, amfibol)
• produkují minerály bezvodé jako je
například granát nebo pyroxen
• granát se hromadí v restitu
v granitech granát vzniká (Clark 1981):
• 1) jako součást xenolitů nebo xenokrysty
• 2) důsledek reakce xenolitu metapelitu s
taveninou (xenolit je vůči magmatu bohatý
na Mn, a Al případně i Fe)
• 3) může přímo krystalovat z taveniny
• 4) může vznikat reakcí dříve vzniklých
minerálů s taveninou
• například:
• Liq + Bt = Grt + Ms
• Liq + Sil = Bt + Grt
• při krystalizaci z magmatu, se stupně
diferenciace roste Mn/(Mn + Fe + Mg)
Sp
Grt
Grt
Ms
Cdr
Bt
Diagram Al-Fe/(Fe+Mg) pro klasifikaci biotitů s
vyznačeným polem do nějž spadá většina přírodních
biotitů (Deer et. al., 1992).
• Flogopit: KMg3[AlSi3]O10(OH)2
• Annit: KFe3[AlSi3]O10(OH)2
• Eastonit: K[Mg2Al][Al2Si2]O10(OH)2
• Siderofylit: K[Fe2Al][Al2Si2]O10(OH)2
• Nejvýrazněji se v biotitech mění poměr Fe/Mg a obsah Al dále se může měnit obsah Ti
• když přibývá v biotitu Ti, mění se jeho barva ze zelené přes hnědou až na oranžovou
• s nárůstem kyselosti horniny roste v biotitu obsah Fe2 a klesá Mg (Deer et. al., 1992).
• podobný trend je možné pozorovat i v jednotlivých intruzích
• pozdní magm. biotity jsou bohatší na Al a Fe3 a naopak klesá obsah Si a Ti
• Podobně se mohou chovat i stopové prvky:
• poměry Ge:Al, Li:Mg, Mn:Fe2 a Rb:K stoupají a poměry Ni:Mg, Co:Fe2 a Ba:K klesají
Biotit
• pří 5 kb a aktivitě H2O = 1 je flogopit stabilní do teplot 1000°C,
• s poklesem aktivity H2O se pole stability flogopitu zmenšuje.
• při experimentech vznikal rozpadem flogopitu enstatit
• část biotitu v granitech bohatých na mafické minerály nemusela krystalizací z magmatu
• biotit v takových horninách mohl vznikat reakcí restitových minerálů (jako je například
granát, nebo pyroxen) s magmatem během jeho výstupu k povrchu (změna P-T podmínek)
• Granity chudé na mafické minerály (leukogranity) vznikaly za nízkých teplot (< 800°C).
• Množství vody které je
rozpuštěné v granitické tavenině
závisí na tlaku teplotě, složení
taveniny, a aktivitě vody (Holtz
2001).
• Taveniny které vznikaly za
vysokých teplot (např. A-typové
granity) obsahují při PT
podmínkách 800-900 °C a 3-7
kbar až do 20%.
• Taveniny generované tavením
křemen-živcových hornin za
nízkých teplot (kolem 750 °C)
obsahují pod 5%.
II. 14. Voda v tavenině
granitů
H2O-saturated (solid) and H2O-free (dashed) solidi (beginning of melting) for
granodiorite (Robertson and Wyllie, 1971), gabbro (Lambert and Wyllie, 1972) and
peridotite (H2O-saturated: Kushiro et al., 1968; dry: Ito and Kennedy, 1967).
II. 15. Shrnutí experimentů
• Solidus všech hornin je nižší za přítomnosti vody
• Teplota tavení a krystalizace je výrazně ovlivněna chemickým složením taveniny a
složením fluidní fáze která sní koexistuje
• Ke krystalizaci může dojít snížením tlaku (adiabaticky) nebo teploty (isobaricky)
• Během krystalizace dochází k oddělení plynné fáze. K hlavním těkavým složkám
magmatu patří H2O HCl, HF, SO2, SO3, H2S, CO2, CO, N2, Cl.
Dehytratační tavení metapelitů
• Ms-Bt bohaté metapelity
• Rozpad Bt 760-800°C/10 kbar.
• Tavenina je granitická
Dehytratační tavení bazaltů
• Metabazalty a amfibolity mohou být postiženy dehydratačním tavením.
• Hb + Qtz = tavenina + Opx + Cpx + Grt + Pl
• Tavení začíná při 850-900°C/10 kbar.
• Tavenina je tonalitická až tronhjemitická (bohatá Ca)