Horninotvorné minerály Magmatické horniny
Hlavní témata dnešní přednášky Co jsou to minerály a horniny Minerály jejich fyzikální a chemické vlastnosti Systém minerálů Vznik minerálů Přehled hlavních horninotvorných minerálů Horniny magmatické, sedimentární, metamorfované Magmatické horniny přehled hlavních typů, procesy vzniku, tělesa magmatických hornin
Minerály vs. horniny Minerál: Anorganická homogenní přírodnina, složená z prvků nebo jejich sloučenin o stálém chemickém složení, uspořádaných do krystalové mřížky (tvoří krystaly), nebo amorfní (bez krystalové struktury) Hornina: Agregáty g (seskupení) různých minerálů, popř. organické hmoty, od minerálů se liší svojí látkovou a strukturní heterogenitou Minerál Hornina
Minerály
Horninotvorné minerály V současné době známe asi 4000 různých druhů minerálů Pouze asi 200 druhů minerálů se vyskytuje v podstatném množství žtív horninách iáh horninotvorné minerály Asi 20 druhů minerálů patří mezi nejhojnější a široce Asi 20 druhů minerálů patří mezi nejhojnější a široce rozšířené tzv. hlavní horninotvorné minerály
Význam studia minerálů Celá řada minerálů patří k významným nerostným surovinám a technickým materiálům Znalost znalost základních horninotvorných minerálů je nezbytná pro studium hornin Vb é i ál j žíá jk d hék Vybrané minerály jsou používány jako drahé kameny (drahokamy) a polodrahokamy
Krystaly, krystalové tvary, agregáty Krystal pevné těleso, stavební prvky (atomy, ionty, molekuly) jsou v prostoru pravidelně periodicky uspořádány Krystalový tvar odráží vnitřní uspořádání atomů, iontů, nebo molekul v minerálu (strukturu) Agregát shluk zrn jednoho minerálu, jednotlivá zrna nemusí být omezena svými vlastními krystalovými plochami Sůl kamenná (halit)
Krystalové tvary
Mechanismus růstu krystalů R.J. Haüy (1743 1822) krystaly se skládají z elementárních rovnoběžnostěnů Krystal roste zvnějšku přikládáním (apozicí) částic ve vrstvách Ubýváním rovnoběžnostěnů ve vrstvách nad sebou vznikají krystalové plochy
Krystalové soustavy
Dvojčatný růst krystalů Rutil Fluorit Ortoklas - tzv. karlovarské dvojče
Polymorfie a izomorfie Polymorfní modifikace minerály mající stejné chemické složení krystalizují v různých krystalografických soustavách a mají odlišné fyzikální vlastnosti (např. uhlík - diamant a grafit) Izomorfní řady minerály krystalizující ve stejné krystalografické soustavě mají variabilní chemické složení (např. plagioklasová řada)
Kohezní vlastnosti minerálů (soudržnost) Štěpnost krystalograficky orientované minimum soudržnosti krystalu (štěpné trhliny) Odráží uspořádání atomů v krystalové mřížce, štěpné trhliny vznikají vurčitých směrech a mohou kopírovat některé krystalové plochy Lom - mají nedostatečně štěpné minerály (rovný, lasturnatý, nerovný, tříšťnatý) tý) Výborná štěpnost podle báze Nerovný lom (křemen) Lasturnatý lom (slída) (obsidián)
Kohezní vlastnosti minerálů Tvrdost - Mohsova stupnice tvrdosti: 1. mastek 6. ortoklas 2. sádrovec, halit 7. křemen 3. kalcit 8. topaz 4. fluorit 9. korund 5. apatit 10. diamant Optické vlastnosti minerálů Barva barevné, zbarvené, mnohobarevné (pleochroické) Vryp Lesk kovový, nekovový (diamantový, skelný, mastný, matný, hedvábný, perleťový) Propustnost světla (transparence) -průhledný, průsvitný, neprůhledný (opakní) Další fyzikální vlastnosti minerálů M ti ké l t ti t l á di t f i l i ké l t ti Magnetické vlastnosti, tepelná vodivost, fyziologické vlastnosti (hmat, chuť, zápach) Kyanit
Optické vlastnosti minerálů Kovový lesk - kasiterit Průhledný minerál - kalcit Průsvitný minerál - aragonit Opakní minerál - augit
Systém minerálů podle chemického složení Prvky Sulfidy Halogenidy Oxidy a hydroxidy Dusičnany, uhličitany, boráty Sírany Fosforečnany Křemičitany Organolity
Krystalochemický systém minerálů - prvky Kovy - Cu, Ag, Au, Fe, Pt Měď (Cu) Polokovy -As, Sb, Bi Nekovy - S, S, C Stříbro (Ag) Zlato (Au) Síra (S) Diamant (C)
Krystalochemický systém minerálů - sulfidy Sfalerit (ZnS) Galenit (PbS) Antimonit (Sb 2 S 3 ) Pyrit (FeS 2 )
Krystalochemický systém minerálů - halogenidy Halit (sůl kamenná, NaCl) Fluorit (CaF 2 )
Krystalochemický systém minerálů - oxidy Křemen (SiO 2 ) Magnetit (Fe 3O 4 4) Korund (Al 2 O 3) Hematit (Fe 2 O 3 )
Krystalochemický systém minerálů - karbonáty Aragonit (CaCO 3 ) Kalcit (CaCO 3 ) Magnesit (MgCO 3 ) Dolomit (CaMg(CO 3 ) 2
Krystalochemický systém minerálů - sírany Baryt (BaSO 4 ) Sádrovec (CaSO 4.2H 2 O) Anhydrit (CaSO 4 )
Krystalochemický systém minerálů - fosforečnany Apatit Ca 5 (PO 4 ) 3 (F, Cl, OH)
Krystalochemický systém minerálů - silikáty Základní stavební jednotkou je tetraedr SiO 4 Systém silikátů je založen na vzájemném uspořádání tetraedrů
Krystalochemický systém minerálů - nesosilikáty Tetraedry jsou uspořádány nezávisle Olivín, (Fe, Mg) 2 SiO 4 Granáty
Krystalochemický systém minerálů - cyklosilikáty Tetraedry jsou uspořádány do kruhu Beryl Turmalín
Krystalochemický systém minerálů - inosilikáty Tetraedry jsou uspořádány v řetězcích Pyroxeny - augit Amfiboly Pyroxeny - diopsidid
Krystalochemický systém minerálů - fylosilikáty Tetraedry jsou uspořádány ve vrstvách Tmavá slída - biotit Světlá slída - muskovit
Krystalochemický systém minerálů - tektosilikáty Tetraedry jsou vázány ve skupinách Plagioklasy (Ca-Na) - albit-anortitová řada Albit Draselné živce - ortoklas Ortoklas
Krystalochemický systém minerálů - organolity Minerály organického původu Jantar (fosilní pryskyřice)
Důležité horninotvorné minerály Křemen Kalcit Olivín Granáty Pyroxeny, amfiboly Muskovit, biotit Živce
Horniny
Horniny Minerály v horninách: Horninotvorné v podstatném množství, tvoří hlavní složku horniny, horniny se podle nich klasifikují (např. křemen, živce) Vedlejší vyskytují se v horninách v malém množství, jsou důležité pro bližší charakteristiku hornin (např. muskovit, biotit) Akcesorické v nepatrném množství (např. apatit, zirkon)
Podle čeho horniny určujeme a klasifikujeme? Minerální složení Struktura tvar, velikost a vzájemné vztahy stavebních součástí horniny (minerálních zrn) Textura orientace a uspořádání minerálních zrn v prostoru Struktury a textury nám poskytují informace o fyzikálních podmínkách vzniku hornin (např. rychlost zchlazení)
Rozdělení hornin podle vzniku Vyvřelé (magmatické) horniny (magmatity) vznikají tuhnutím a krystalizací z magmatu Usazené (sedimentární) horniny (sedimenty) vznikají na zemském povrchu zvětráváním, transportem a usazováním straších hornin, srážením z roztoků nebo činností organismů Přeměněné (metamorfované) horniny (metamorfity) vznikají v různých hloubkách přeměnou starších hornin
Horninový cyklus
Magmatické horniny
James Hutton Jsme nyni zcela přesvědčeni, že granity pronikaly alpskými břidlicemi a prapůvodními vrstvami, poté, co byly rozžhaveny v útrobách Země a působením sil k tečení donuceny. James Hutton: Observations on Granite (1794)
Magma Magma heterogenní směs pevné (krystaly), kapalné (tavenina) a plynné fáze (volatilní komponenty) Krystaly zdrojová hornina, rostoucí z taveniny, z okolních hornin Tavenina rozpuštěné volatilie, zárodky krystalů, částečně polymerizované silikátové řetězce, voda Těkavé složky CO 2, HCl, HF Magma vzniká částečným tavením (parciální anatexe) hornin svrchního pláště a spodní kůry za vysokých teplot (650 C 1200 C) Důležité vlastnosti magmatu teplota, hustota, viskozita
Kde vzniká magma?
Magmatické horniny Vznikají tuhnutím a krystalizací magmatu Magma Magmatická hornina
Frakční krystalizace ace Frakční krystalizace - dochází k separaci dříve krystalizujících minerálů od taveniny, ta se ochuzuje o prvky zastoupené v těchto minerálech Z jednoho výchozího magmatu tak vzniká řada hornin odlišujících se čím dál víc od jeho původního složení (magmatická diferenciační řada) )
Bowenovo krystalizační schéma Gabro, bazalt Diorit, andezit Žula, ua, ryolit
Minerály magmatických hornin Světlé (salické) křemen, živce, muskovit, foidy (zástupci živců) Tmavé (mafické) pyroxeny, amfiboly, olivín, biotit Akcesorické zirkon, turmalín, apatit, pyrit, magnetit
Struktury magmatických hornin Podle stupně krystalinity minerálů: Holokrystalická - všechny minerály jsou vykrystalovány Hemikrystalická - část horniny je utuhlá sklovitě Sklovitá - vykrystalované minerály zastoupeny pouze podřízeně Podle vzájemné velikosti zrn základní hmoty (matrix) a vyrostlic: Rovnoměrně zrnité Rovnoměrně zrnité Porfyrické - minerály vyrostlic větší a lépe vykrystalované
Porfyrická a rovnoměrně zrnitá textura porfyrická struktura rovnoměrně zrnitá struktura
Textury magmatických hornin Všesměrná - minerály rostou všemi směry bez zjevné přednostní orientace (granitoidy) Fluidální (proudová) - krystaly jsou usměrněny tokem magmatu nebo lávy (výlevné horniny) Polštářová polštářům podobné útvary, často s koncentrickou stavbou (subakvatické výlevné horniny) Mandlovcovitá - oválné dutiny po úniku plynů jsou vyplněny sekundárními minerály (kalcit, křemen, aj.) (bazalty) Pórovitá (vesikulární) - póry po úniku plynu nejsou vyplněny (výlevné horniny)
Všesměrná a fluidální textura Všesměrná (minerály nemají přednostní orientaci) Fluidální (minerály jsou orientovány ve směru toku magmatu
Pórovitá a mandlovcová textura Mandlovcová Pórovitá
Polštářová textura
Klasifikace magmatických hornin Podle geologické pozice v zemské kůře Podle minerálního a chemického složení
Klasifikace podle geologické g pozice Výlevné vyvřeliny y( (vulkanity) magma tuhne na povrchu Žilné vyvřeliny magma tvoří žíly Hlubinné vyvřeliny (plutonity) magma tuhne ve velkých hloubkách
Streckeisenova klasifikace Streckeisenova klasifikace vyvřelých ř hornin je založená na minerálním složení (podle obsahu křemene, K-živce, plagioklasů a foidů)
Zjednodušená Streckeisenova klasifikace
Ultrabazické magmatity Peridotit Dunit
Bazické magmatity Gabro Bazalt
Intermediární magmatity Diorit Andezit
Kyselé magmatity Granit Ryolit
Hlubinné plutony a batolity Typy a tvary magmatických těles
Pravé a ložní žíly Ložní žíla Pravá žíla
Mělce podpovrchová p magmatická tělesa - lakolity
Magma na zemském povrchu - vulkanismus Vulkanismus - povrchová magmatická aktivita (výlevy láv, exploze par a plynů, výrony horkých par a prameny termálních vod Magma se akumuluje v magmatickém krbu, na povrch je přiváděno přívodním kanálem (sopouchem) Typy vulkanismu: 1) Efuzivní - výlevy láv 2) Extruzivní (výbušný) ý) - dochází též k vyvrhování pyroklastického materiálu (sopečný popel, pumy aj.)
Balvanitá láva (aa láva) vysoce vizkózní, kyselé a středně kyselé horniny Typy láv Provazovitá láva (pahoe-hoe) nízká vizkozita, bazické horniny
Pyroklastický materiál Pyroklastický materiál - tufy (sopečný popel, lapilli = sopečný písek, sopečné bomby, aglomeráty) sopečný popel sopečná puma
Sopečná skla Sopečná skla - vznikají prudkým ochlazením lávy na zemském povrchu (např. při subakvatickém výlevu), magma nestačí vykrystalizovat Obsidián Pemza
Sopky py( (vulkány) Sopky (vulkány) - tvar závisí na chemickém složení lávy a jejích reologických vlastnostech (vizkozitě, obsahu par a plynů)
Štítové sopky py Štítové sopky - ploché, plošně rozsáhlé sopky, tvořené málo vizkózními, často provazovými, lávami (bazalty)
Co Mt. bude Olympus, příště? Mars
Vytlačené kupy Vytlačené kupy - typické pro vysoce vizkózní lávy, kyselé a středně kyselé horniny (ryolity, andezity)
Stratovulkány Stratovulkány -střídají se lávové proudy s vrstvami pyroklastik, typické pro středně kyselé horniny (andezity) Mt. St. Helens
Sypané (struskové) kužely Sypané kužely - vznikají pří extruzivním vulkanismu, tvořeny pyroklastickým ký materiálem
Explozívní sopky (maary) Explozivní sopky (maary, výbuchová hrdla) - nálevkovité krátery obklopené valem pyroklastik
Kaldery Kaldery - vznikají propadem vrcholu sopky po částečném vyčerpání magmatického krbu
Shrnutí důležité body Co je to minerál a co je to hornina Hlavní vlastnosti minerálů, mineralogický systém Klasifikace hornin Magmatické horniny textury, struktury, klasifikace Tělesa magmatických hornin v hloubce a na povrchu