Horninotvorné minerály Magmatické horniny
Hlavní témata dnešní přednášky p y Co jsou to minerály a horniny Minerály – jejich fyzikální a chemické vlastnosti Systém minerálů Vznik V ik minerálů i álů Přehled hlavních horninotvorných minerálů Horniny – magmatické, sedimentární, metamorfované Magmatické horniny – přehled hlavních typů, procesy vzniku, ik těl tělesa magmatických ti ký h h hornin i
Minerály vs. horniny Minerál: Anorganická g homogenní g přírodnina, složená z prvků nebo jejich sloučenin o stálém chemickém složení, uspořádaných do krystalové mřížky (tvoří krystaly), nebo amorfní (bez krystalové struktury)
Minerál
Hornina: Agregáty g g y ((seskupení)) různých ý minerálů, popř. organické hmoty, od minerálů se liší svojí látkovou a strukturní heterogenitou
Hornina
Minerály
Horninotvorné minerály V současné době známe asi 4000 různých druhů minerálů Pouze asi 200 druhů minerálů se vyskytuje v podstatném množství ž t í v horninách h i á h – horninotvorné h i t é minerály i ál Asi 20 druhů minerálů patří mezi nejhojnější a široce rozšířené tzv. hlavní horninotvorné minerály
Význam ý studia minerálů Celá řada minerálů patří k významným nerostným surovinám a technickým materiálům Znalost znalost základních horninotvorných ý minerálů jje nezbytná pro studium hornin Vybrané V b é minerály i ál jjsou používány ží á jjako k d drahé hé kkameny (drahokamy) a polodrahokamy
Krystaly, krystalové tvary, agregáty Krystal – pevné těleso, stavební prvky (atomy, ionty, molekuly) y) jjsou v p prostoru p pravidelně periodicky p y uspořádány Krystalový tvar – odráží vnitřní uspořádání atomů, iontů, nebo molekul v minerálu (strukturu) Agregát – shluk zrn jednoho minerálu, jednotlivá zrna nemusí být ý omezena svými ý vlastními krystalovými y ý 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 y j v různých ý krystalografických y g ý soustavách a mají j 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 v určitých směrech a mohou kopírovat některé krystalové plochy Lom - mají nedostatečně štěpné minerály (rovný, lasturnatý, nerovný, ý tříšťnatý) tříšť tý)
Výborná štěpnost podle báze (slída)
Nerovný lom (křemen)
Lasturnatý lom (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, kovový nekovový (diamantový (diamantový, skelný, skelný mastný mastný, matný matný, hedvábný, perleťový) Propustnost světla (transparence) - průhledný, průsvitný, neprůhledný (opakní)
Další fyzikální vlastnosti minerálů Magnetické M ti ké vlastnosti, l t ti ttepelná l á vodivost, di t fyziologické f i l i ké vlastnosti l t ti (hmat, chuť, zápach)
K Kyanit it
Optické vlastnosti minerálů
Průhlednýý minerál - kalcit Kovový lesk - kasiterit
Průsvitný minerál - aragonit
Opakní minerál - augit
S té minerálů Systém i álů podle dl chemického h i kéh složení l ž í Prvky P k Sulfidy Halogenidy Oxidy a hydroxidy Dusičnany, y uhličitany, y borátyy Sírany Fosforečnany Křemičitany Kř ičit Organolity
Krystalochemický systém minerálů - prvky Kovy - Cu, Ag, Au, Fe, Pt
Měď (Cu)
Polokovy y - As,, Sb,, Bi Nekovy - S, S, C Stříbro (Ag)
Zlato (Au)
Síra (S)
Diamant (C)
Krystalochemický systém minerálů - sulfidy Sfalerit (ZnS)
Galenit (PbS)
Antimonit (Sb2S3)
Pyrit (FeS2)
Krystalochemický systém minerálů - halogenidy Halit (sůl kamenná, NaCl)
Fluorit (CaF2)
Krystalochemický systém minerálů - oxidy Křemen (SiO2)
Magnetit g ((Fe3O4)
Korund (Al2O3)
Hematit (Fe2O3)
Krystalochemický systém minerálů - karbonáty Aragonit (CaCO3)
Kalcit (CaCO3)
M Magnesit it (MgCO (M CO3)
Dolomit (CaMg(CO3)2
Krystalochemický systém minerálů - sírany
Baryt (BaSO4)
Anhydrit (CaSO4)
Sád Sádrovec (C (CaSO SO4 .2H 2H2O)
Krystalochemický systém minerálů - fosforečnany
Apatit Ca5(PO4)3(F, Cl, OH)
Krystalochemický systém minerálů - silikáty Základní stavební jednotkou je tetraedr SiO4 Systém silikátů je založen na vzájemném uspořádání tetraedrů
Krystalochemický systém minerálů - nesosilikáty Tetraedry jsou uspořádány nezávisle
Olivín, (Fe, Mg)2SiO4
Granáty
Krystalochemický systém minerálů - cyklosilikáty Tetraedry jsou uspořádány do kruhu Beryl
T Turmalín lí
Krystalochemický systém minerálů - inosilikáty Tetraedry jsou uspořádány v řetězcích
Pyroxeny - augit Amfibolyy
Pyroxeny di diopsid id
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 Draselné D l é ži živce - ortoklas t kl
Ortoklas
Albit
Krystalochemický systém minerálů - organolity Minerály organického původu
Jantar (fosilní pryskyřice)
Důležité horninotvorné minerályy Křemen Kalcit Olivín Granáty Pyroxeny, amfiboly Muskovit, Muskovit biotit Živce ce
Horninyy
Horniny Minerály v horninách: Horninotvorné – v podstatném množství, tvoří hlavní složku horniny horniny, horniny se podle nich klasifikují (např (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 (např. apatit, apatit zirkon)
Podle čeho horniny určujeme a klasifikujeme? Minerální složení Struktura – tvar,, velikost a vzájemné j vztahyy 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. p p rychlost y 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) – j v různých ý hloubkách p přeměnou starších hornin vznikají
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 p působením sil k tečení donuceny.“ y James Hutton: Observations on Granite (1794)
Magma 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 Těk é složky Těkavé l žk – CO2, HCl, HCl HF 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 g horniny y Vznikají tuhnutím a krystalizací magmatu Magma
Magmatická hornina
Frakční krystalizace kr stali ace Frakční krystalizace - dochází k separaci dříve krystalizujících minerálů od taveniny, ta se ochuzuje o prvky zastoupené t é v těchto tě ht minerálech i ál h Z jednoho výchozího magmatu tak vzniká řada hornin odlišujících se čím dál víc od jeho původního složení ((magmatická g diferenciační řada))
Bowenovo krystalizační schéma
Gabro, bazalt Diorit, andezit
Žula, u a, ryolit yo
Minerály magmatických hornin
Světlé (salické) – křemen, živce, muskovit, foidy ((zástupci ás upc živců) ců) 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: tli Rovnoměrně zrnité Porfyrické - minerály vyrostlic větší a lépe vykrystalované
Porfyrická y a rovnoměrně zrnitá textura porfyrická struktura
rovnoměrně zrnitá struktura
Textury magmatických hornin Všesměrná - minerály rostou všemi směry bez zjevné přednostní orientace (g p (granitoidy) y) Fluidální (proudová) - krystaly jsou usměrněny tokem magmatu nebo lávy (výlevné horniny) Polštářová – polštářům podobné útvary 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 P dl geologické l i ké pozice i v zemské ké kůř kůře Podle minerálního a chemického složení
Klasifikace p podle g geologické g p pozice Výlevné ý vyvřeliny y y ((vulkanity) y) – magma tuhne na povrchu
Žilné vyvřeliny – magma tvoří žíly
Hlubinné vyvřeliny (plutonity) – magma g tuhne ve velkých ý hloubkách
Streckeisenova klasifikace Streckeisenova kl ifik klasifikace vyvřelých ř lý h hornin je založená na minerálním složení (podle obsahu křemene, K-živce, plagioklasů a foidů)
Zjednodušená Streckeisenova klasifikace
Ultrabazické magmatity g y
Peridotit
Dunit
Bazické magmatity g y
Gabro
Bazalt
Intermediární magmatity g y
Diorit
Andezit
Kyselé magmatity
Granit
Ryolit
Typy ypy a tvary y magmatických g ý těles
Hlubinné – plutony a batolity
Pravé a ložní žílyy
Ložní žíla Pravá žíla
Mělce p podpovrchová p magmatická g tělesa - lakolityy
Magma na zemském povrchu - vulkanismus Vulkanismus - p povrchová magmatická g aktivita ((výlevy ý y 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 ypy vulkanismu: 1) Efuzivní - výlevy láv 2) Extruzivní E t i í (výbušný) ( ýb š ý) - dochází d há í též k vyvrhování h á í pyroklastického materiálu (sopečný popel, pumy aj.)
Typy ypy láv Balvanitá láva (aa láva) – vysoce y vizkózní,, kyselé y a středně kyselé horniny
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 p skla Sopečná skla - vznikají prudkým ochlazením lávy na zemském povrchu (např (např. při subakvatickém výlevu) výlevu), magma nestačí vykrystalizovat
Obsidián
Pemza
Sopky p y ((vulkány) y) Sopky (vulkány) - tvar závisí na chemickém složení lávy a jejích reologických vlastnostech (vizkozitě (vizkozitě, obsahu par a plynů)
Štítové sopky p y Štítové sopky - ploché, plošně rozsáhlé sopky, tvořené málo vizkózními často provazovými vizkózními, provazovými, lávami (bazalty)
Co bude Mt. Olympus, příště? Mars
Vytlačené y kupy py 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 yp ((struskové)) kužely y Sypané kužely - vznikají pří extruzivním vulkanismu, tvořeny pyroklastickým kl ti ký materiálem t iál
Explozívní p sopky p y ((maary) y) 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
