Struktura granátu. R 2+ : Ca,Mg,Mn,Fe. (AlO 6 ) -9. (SiO 4 ) -4

Transkript

1 Granát

2 Granáty Silikáty s izolovanými tetraedry SiO 4 (ortosilikát) Vzorec: X 3 Y 2 Z 3 O 12 X = Mg, Fe2+, Mn2+, Ca,.Na Y = Fe3+, Al, Mn3+, Cr3+, V3+, Y, Zr, Ti Z = Al, Si Struktura: Herrman-Mauguin oddělení (4/m -3 2/m) Prostorová grupa: Ia3d

3 Struktura granátu R 2+ : Ca,Mg,Mn,Fe (AlO 6 ) -9 (SiO 4 ) -4

4 Struktura granátu Si tetraedry jsou červené Al oktaedry jsou modré. Mg, které je v středu dodekaedru, je nakresleno jako zelené kuličky.

5 Struktura tetragonálního vysokotlakého granátu - majoritu Si tetraedry červené (T1), oranžové (T2) nebo zelené (T3). Al oktaedry jsou červené (O1) nebo modré (O2) R 2+ je nakresleno jako zelené (D1) nebo žluté (D2) kuličky.

6 Vlastnosti granátu Tvrdost (Mohs) = 7 Měrná hmotnost: pyrop = 3.56 almandin = 4.32 spessartin = 4.19 grossular = 3.59 andradit = 3.86

7 Habitus granátových krystalů

8 Hlavní koncové členy pyralspitová řada Pyralspito vá řada Vzorec Barva (chromofor) Lokality pyrop Mg 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 červená, ohnivě červený bezbarvý (Mg, Al), (Cr +3 ) almandin Fe 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 tmavočervený (Fe +2 ), purpurový, hnědý, hnědočervený, černý, černočervený spessartin Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 oranžový (Mn +2 ), tmavočerveně oranžový Ultrabazické vyvřeliny - Alpy, Čechy, Mongolsko, Zoblitz (SRN) Metamorfity, pegmatity - Colorado, Aljaška, Nepál Magmatické, metamorfované horniny, pegmatity. Spessart Německo.

9 Nemísitelnost v pyralspitové řadě

10 Koncový člen Hlavní koncové členy ugranditová řada Vzorec Barva (chromofor) Lokality uvarovit Ca 3 Cr 2 (SiO 4 ) 3 tmavozelený Střední Ural grossular Ca 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 andradit Ca 3 Fe 2 (SiO 4 ) 3 růžový (Fe +2 ), bezbarvý (čistý), světle zelený, oranžově hnědý (Mn +2 ) žlutozelený (Cr +3 ), černý, žlutohnědý, červený, šedý, černý (melanit) Kontaktně metamorfované horniny. Žulová, Mexiko, Tanzanie, Kanada Vyvřelé a metamorfované horniny, Magnet Cove (USA), Itálie

11 Omezená mísitelnost pyralspitové a ugranditové řady

12 Parageneze akcesorického granátu Nejvíce rozšířen v metamorfitech nejrůznějšího typu svorech, rulách, amfibolitech, granulitech Z vyvřelých hornin nalézán nejčastěji v některých granitech a pegmatitech v kyselých vulkanitech v kimberlitech a jiných (ultra)bazických horninách

13 Průměrné zastoupení konc. členů (Wright 1938) Hornina ALM AND GRS PRP SPS pegmatity 41,8 47,1 granity 56,8 30,7 Kont.met. křemité h. 56,4 30,7 Btt ruly, svory 73,0 6,0 13,8 Amf. ruly 53,6 20,7 20,3 Eklogity 18,5 39,1 37,4 Kimberlity, peridotity 13,4 9,0 72,3 Různá bazika 34,4 15,6 28,7 20,7 Vápenaté kont. hor. 40,8 51,5

14 Pyrop Mg 3 Al 2 [Si 3 O 12 ] Pyropový granát je jedním z nejběžnějších ATM ultrabazik Neexistuje čistý konc. člen (většinou příměs ALM, méně SPS; max. obsah 73% PRP. Často obsahuje příměs Cr český granát (1,7 2,3 % Cr 2 O 3 ) Peridotity, kimberlity, diamantonosné eklogity (69 70% PRP) Jistá příměs Na (do 0,06%): substituce Ca 2+ Al 3+ Na + Si 4+

15 Vztah mezi barvou pyropu a obsahem Cr2O3

16 Chemismus granátu v bazikách 1 Titanový pyrop K, GL 1 High-titanium pyrope K 3 Calcic pyrope-almandine K, Gl 4 Titanian, calcic, magnesian, almandine K, Ec 5 Magnesian almandine K, Ec 6 Pyrope-grossular- almandine GPx, EC 7 Ferro-magnesian uvarovite-grossular K 8 Ferro-magnesian grossular 9 Chrome-pyrope K, GL, EC 10 Low-calcium chrome-pyrope K l1 Titanian uvarovite- pyrope K, GL l1 Knorringitic uvarovite-pyrope K, GS

17 Almandin Fe 3 Al 2 [Si 3 O 12 ]

18 Existují sice téměř čisté spessartiny, nejčastěji ale ve směsi s almandinovou složkou, pyropu většinou do 5%. Existují i spessartiny s 22 33% grosularu Stopové prvky V, Sc, Zn, nejvýznamnější - Y Granáty s převahou SPS některé skarny, Mn ložiska (metasomatická, metamorfovaná), manganonosné regionálně metamorfované krystalické břidlice (New Zealand, California), Typický granát granitických pegmatitů, aplitů Yttriové spessartiny jen v pegmatitech Spessartin (SPS)

19 Uvarovit Ca 3 Cr 2 (SiO 4 ) 3 Nejčastěji v řadě uvarovit grosulár, méně často uvarovit andradit Známy i granáty s 91% uvarovitové složky Nejvzácnější ze šesti hlavních konc. členů Čisté uvarovity známy jen ze serpentinitů svázaných s ložisky Cr, skarnů a mramorů. Lokality: Karélie, Outokumpu

20 Andradit Typickým prostředím pro andradit jsou termálně metamorfované nečisté vápnité sedimenty a zvláště skarny: V alkalických vyvřelinách (nefelinické syenity apod.)jsou andradity tmavě hnědé až černé, zonální a obsahují hodně Ti 3CaCO 3 + Fe 2 O 3 + 3SiO 2 Ca 3 Fe 2 Si 3 O CO 2 Andradit je též znám z pyroxenických granulitů (spolu s almandinem) Mnohé andradity mají složení blízké koncovému členu; časté jsou však i pevné roztoky andraditu a spessartinu Mnohé skarnové andradity jsou opticky a chemicky zonální (AND GRS); společné chování zde mají Ca a Mg (odlišné od Mn) V některých skarnech jsou známé i cínonosné andradity s až 1,5% SnO 2 (substituce Ca 2+ -Sn 2+ nebo (SiO 4 ) 4- (SnO 4 ) 4- - F. Novák, Dadák 1965)

21 Titanonosné granáty Je-li Fe 3+ > Ti (O), nazývá se melanit, je-li Fe 3+ < Ti schorlomit V pozici X (dodelaedrické) se nacházejí Ca, Mg, Mn, Fe 2+ V pozici Y (oktaedrické) se nacházejí Al, Fe 2+, Fe 3+, Ti 3+ V pozici Z (tetraedrické) se nalézají Si, Fe 3+, Ti 4+ Titanonosné granáty se vyznačují zvýšeným obsahem dalších prvků Zr, REE, Cr, Zn, Sn, V a P Hlavními substitucemi jsou: 1. Ti 4+ (Y) + Fe 3+ (Z) Si 4+ (Z) +M 3+ (Y); M = Al, Fe, Ti 2. (O 4 H 4 ) 4- (SiO 4 ) 4-3. Fe 2+ (Y) + Ti 4+ (Z) + (OH) - Fe 3+ (Y) + Si 4+ (Z) + O 2-4. U andraditů s nejvyšším obsahem Ti (max. známý obsah TiO2 27,4%) i substituce v Z pozici (Si Ti) a R 2+ + Ti 4+ 2R 3+ U nás se vyskytují granáty s Ti a Zr (schorlomity) v Českém středohoří

22 Andradit drahokamové odrůdy démantoid topazolit

23 Granáty s V a Zr Goldmanit Ca 3 V 2 3+ Si 3 O 12 (Muto, Meyerowirz 1964) Rusko, Čína. Pevný roztok goldmanit grosulár. Zelený, žlutozelený; v metamorfovaných vanadem bohatých sedimentech. Kimzeyit Ca 3 Zr 2 (Al 2 Si)O 12 (Milton et al. 1961); Zr bývá zastupováno Ti a Al nahrazováno Fe 3+. Znám z karbonatitů, šošonitického čediče, lamprofyrů. Ito a Frondel (1967) zjistili téměř úplnou mísivost v řadě Ca 3 Fe 2 Si 3 O 12 -Ca 3 Zr 2 Fe 2 SiO 12 -Ca 3 Ti 2 Fe 2 SiO 12 a navrhli pro ni názvy konc. členů andradit kimzeyit schorlomit; Ringwood navrhoval ponechat název kimzeyit pro Ca 3 Zr 2 (Al 2 Si)O 12 a Ca 3 Zr 2 Fe 2 SiO 12 nazvat ferrikimzeyit

24 Grossulár Typický pro kontaktně metamorfované horniny (rodingity, mramory, skarnech aj.) Méně běžný pro regionálně metam. horniny mramory, některé ruly, diopsidické granulity a serpentinity Odrůda tsavorit grossular obohacený Cr 3+ a V 3+

25 Grosulár Obsahuje většinou jen málo ALM, SPS, PRP (nejčistší známý 98% GRS) Existence manganatých grosulárů (Grudněv 1977, Němec 1967, Hashimoto 1968) ukazuje, že za příhodných podmínek existuje úplná mísitelnost mezi GRS a SPS (ruly, metam. granodiorit) Mnohé uvarovity jsou ve skutečnosti Cr-bohaté grosuláry V slaběji metamorfovaných horninách může existovat pevný roztok GRS ALM v širokém rozmezí (GRS 49 ALM 38 GRS 39 ALM 54 ) Grosulary s významnější příměsí pyropové složky se vyskytují v HP metamorfitech (grospydity) Grosulary bohatší na Fe obsahují většinou i něco Ti zřejmě nahrazuje část Fe v andraditové složce Existuje úplná mísivost v řadě grosulár hydrogrosulár - katoit

26 Hydrogrosulár a jiné hydrogranáty Jiná jména hibschit, plazolit Patrně běžnější, než se myslí; Často v kontaktně metamorfovaných horninách, zejména rodingitech (Ca metasomatóza na okraji ultrabazických těles) - Ruda. U nás znám z též z metamorfovaných slínů (Pabst 1942) Znám též hydroandradit (hydrougrandit) z alterovaného serpentinitu Mn-hydrogranát henritermiérit Ca 3 Mn 1,5 Al 0,5 )(SiO 4 ) 2 (OH) 4

27 almandin pyrop grosular Zonálnost granátu spessartin Fe/(Fe+Mg)

28 Zonálnost almandinů V pelitických horninách vzniká kontinuální reakcí muskovit + chlorit + plagioklas +ilmenit + křemen almandin + biotit + rutil + H 2 O Typický pro biotitovou zónu U vápníkem chudých Rotované granáty

29 Prográdní zonálnost granátu

30 Cyklická zonálnost Příklad: Vápenaté pelitické břidlice z kontaktní aureoly plutonu Grand Island (JV Aljaška), obsahují granáty s kompoziční zonálností, která je výsledkem epizodického metasomatismu (Stowell et al., 1996). Zonálnost hlavních prvků ukazuje na periodický přínos vápníkem bohatých fluid, při kterých vznikaly zóny s vysokým podílem GRS. Navíc zonálnost stopových prvků ukazuje na to, že tato fluida obsahovala i mnoho dalších prvků.

31 Kompoziční zonálnost granátu Obraz granátu s výraznou cyklickou zonálností (BSE). Rozměr pole cca 450 mikronů. Extrémní cyklická zonálnost by vyžadovala cyklické změny P nebo T v rozsahu několika kbarů nebo nekolika set oc, pokud by hornina byla metamorfována v uzavřeném systému. To není pravděpodobné; namísto toho lze zonálnost vysvětlit epizodickým přínosem Ca. Metasomatóza je v souhlase s výskytem andraditu nalezeného v žilách v témže výchoze. Opakovaná metasomatóza může být důsledkem opakované polyfázové intruze dioritu.grand Island.

32 Zonálnost stopových prvků v granátu Na má opačný průběh distribuce než Ca, což ukazuje, že koncentrace anortitu se mění shodně s koncentrací GRS. V takovém případě musel být k dispozici ještě další zdroj Ca kromě granátu a plagioklasu. Yttrium má rovněž opačný průběh distribuce než Ca, což naznačuje že epidot (běžný koncentrátor Y) krystaloval ve stejném období, kdy v granátu rostly zóny s vysokým grossularu. Spolu s cyklickou zonálností to ukazuje na to, že Y, Ca a další prvky byly do horniny přineseny během metamorfózy. Zonálnost Ti může odráže epizodický růst titanitu během těchto fází.

33 Interpretace granátové zonálnosti zjištění časového vztahu mezi přínosem korového materiálu a růstem granátu Grs Sps Alm Prp Interpretace granátové zonálnosti : Pokles Mn od jádra k okraji - Kompatibilní s frakcionací během kontinuálního 'prográdního' růstu granátu Pokles Ca od jádra k okraji - Kompatibilní s vzrůstem teploty během růstu granátu

34 Interpretace granátové zonálnosti Grs Sps Alm Prp Koncentrický pokles Mn od jádra k okrajům - Kompatibilní s frakcionací během kontinuálního 'prográdního' růstu granátu Relativně plochý koncentrační profil Ca možný menší vzrůst tlaku spolu se zvýšenou teplotou během růstu krystalu

35 Ortorula Fault Lake Ridge střednozrnná kryst. břidlice s porfyroblasty granátu a cca. 0.7 cm velké prizmatické polyminerální křemen-plagioklas-biotitové pseudomorfózy po andaluzitu Interpretace granátové zonálnosti Koncentrický pokles Mn od jádra k okrajům - kompatibilní s frakcionací během kontinuálního 'prográdního' růstu granátu Vápníkem bohaté mezikruží kompatibilní s konzumací nějaké vápníkem bohaté (apatit?) fáze během růstu granátu Vzrůst tlaku následovaný poklesem během růstu granátu Výrazný vzrůst poměru Fe/(Fe+Mg) na okraji indikuje střední množství difuzní reekvilibrace na okraji krystalu.

36 Oscilační zonálnost u granátu Sekrorová / oscilační zonálnost dvojlom u granátu

37 Granát-biotitová termometrie Granát-biotitový teploměry jsou založeny na kationtové výměně Fe 3 Al 2 Si 3 O 12 + KMg 3 AlSi 3 O 10 (OH) 2 = Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 + KFe 3 AlSi 3 O 10 (OH) 2 Pyrop + Annit = Almandin + Flogopit Prvně byl kalibrován Thompsonem (1976, Am. J. Sci. 276, ): T C = ( P)/(ln K D ) kde K D = (Fe/Mg) Grt /(Fe/Mg) Bt a P je tlak v kilobarech. I když jde o empirickou kalibraci, která předpokládá ideální chování roztoků, pracuje dobře směrodatná odchylka vypočtené teploty je cca ± 50 C.

38 Granát biotitový termometr

39 Další granát-biotitové termometry Thompson 76 Hold/Lee 77 Ferry/Spear Perchuk Dasgupta et al. 91 Bhattacharya et al 92 -HW Bhattacharya et al 92 -GS T C = ( P)/(ln K D ) T C = ( P)/(ln K D ) T C = ( P)/(ln K D ) T C = ( P)/(ln K D ) T C = ( P)/(ln K D ) T C = ( P)/(ln K D ) T C = ( P)/(ln K D ) - 273

40 Granát staurolitový termometr (Perchuk 1969)

41 Chemismus granátů v moldanubických horninách