Těžké minerály v provenienčních studiích
Proč zrovna těžké minerály?
Pomocí těžkých minerálů můžeme zjišťovat: Původ
materiálu sedimentu (zdrojové horniny)
Někdy
dokonce vzdálenost zdrojové oblasti
Rychlost
změny zdroje (uplift, vyčerpání zdroje)
Podmínky
diageneze
Odběr vzorků Vyhýbat
se vzorkům zvětralých hornin – i asociace TM může být zvětráváním změněna
Příprava vzorků (desintegrace) Vzorky
by měly být zpracovávány jednotnou metodikou U pískovců nejlépe lehké mechanické rozvolnění (příliš nedrtit) Chemická desintegrace – lépe se vyhnout (HCl rozpouští fosfáty, magnetit aj) Pokud nutné chemické rozvolňování, pak zředěnou kyselinou octovou
Separace V
těžkých kapalinách – nejlépe v TK o hustotě okolo 2,9 g.cm-3 (acetylentetrabromid, bromoform – toxické; netoxické polywolframany). TK o vyšší hustotě nevhodné. Sedimentace n. centrifugace. Šlichování (rýžování) méně vhodné Magnetická separace – jen pro získání monominerálních frakcí Chemická separace – jen pro získání zirkonu
Analýza koncentrátu Počítání
cca 200 – 300 zrn neopákních minerálů pro kvantitativní analýzu asociace TM v optickém mikroskopu nebo binokulární lupě Dourčování nejasných – rentgen, mikrosonda
Zpracování získaných dat Jednoduché vyjadřování výsledků:
přítomnost/absence nějakého minerálu; %-ní zastoupení jednotlivých minerálů; poměry zastoupení minerálů
Multivariační statistické metody:
Faktorová analýza – vhodnější v Q-modu, neboť pracuje s relativními četnostmi; R mód lze použít tam, kde dostáváme absolutní hodnoty (váha minerálu v definovaném objemu sedimentu) Korespondenční analýza Sdružovací analýza, fuzzy sdružovací analýza Diskriminační analýza Pattern matching, analýza časových řad
Faktory ovlivňující asociace TM Minerální Intenzita Abraze
složení mateřských hornin
zvětrávání ve snosové oblasti
TM během transportu
Hydraulické
podmínky během depozice
Rozpouštění
minerálů během diageneze a po ní
Cesta od akcesorických k těžkým minerálům
Faktory ovlivňující asociaci TM Zdrojová hornina Zvětrávání in situ Transport (->abraze zrn) Sedimentace (-> hydraulika) Diageneze (-> rozpouštění)
1. Mateřské horniny Složení
mateřské horniny má největší vliv na asociaci TM v psamitech Účelem provenienčních studií je izolovat tento faktor eliminací ostatních vlivů, které modifikují asociaci utváření TM během sedimentace a po jejím ukončení
Matečná hornina Nejsnáze (přímo) lze určit zdrojové horniny u recentních sedimentů Posouzení stupně recyklace sedimentu většinou velmi obtížné; částečně je řeší použití zirkon – turmalín – rutilového indexu (= ukazatel zralosti) ALE: ZTR index zvyšuje intenzita zvětrávání a intenzivní diagenetické rozpouštění Možný podíl pyroklastického materiálu ukazují hojné idiomorfní krystaly apatitu, zirkonu, titanitu i dalších minerálů
2. Intenzita zvětrávání ve zdrojové oblasti Závisí na klimatu a rychlosti eroze Zatím málo studií kvantitativně oceňujících vliv zvětrávání na asociaci těžkých minerálů (dále: ATM) Pokud je rychlost eroze tak velká, doputují do sedimentačního prostoru i některé minerály, které nejsou při intenzivním zvětrávání stabilní V oblastech s nevýrazným reliéfem může být eroze příliš pomalá, a dochází k totálnímu rozkladu nestabilních minerálů ještě než dospějí do sedimentačního prostoru
Intenzita zvětrávání ve zdrojové oblasti - pokračování Ve
většině případů absence nějakého minerálu v psamitu není způsobena extrémně intenzivním zvětráváním ve zdrojové oblasti; lze ji očekávat u písků vzniklých v tropech s nevýrazným reliéfem PALEOKLIMATOLOGIE: změny intenzity zvětrávání zdrojových hornin budou mít za následek změny v asociaci minerálů – důležité při porovnávání různě starých sedimentů, pocházejících z téhož zdrojového materiálu
Zvětrávání a rozpouštění minerálů v různých sedimentačních prostředích Humidní klima s bohatou vegetací: Bakteriální rozklad organické hmoty Ökyselé roztoky Rozpouští především fosfáty Absence fosfátů (apatitu) – typická pro fluviální a deltové usazeniny, neprojevuje se v hlubokomořských sedimentech
Prostředí, v nichž vznikají red beds (sedimenty bohaté na trojmocné Fe) •Oblasti s aridním klimatem (včetně pouští) •Oblasti s intrakontinentálním (sezónně proměnlivým) klimatem Projevy: •Rozsáhlé rozpouštění Fe-Mg minerálů (opx, cpx, Ca-hbl) •Hojný výskyt apatitu, rutilu, turmalínu a zirkonu v paleozoických red bed sedimentech ukazuje na jejich stabilitu v tomto prostředí •Chování dalších minerálů není dostatečně známé
Aluviální a fluviální sedimentační prostředí (říční i eolické sedimenty) •Záplavové oblasti řek, pobřežní duny a p. •Pro rozlišení zdrojů těchto sedimentů se nejlépe využije poměru apatitu ku turmalínu (ATi), zejména v aridním a semiaridním klimatu (N.B.: tento index lze použít i u mořských sedimentů) •Poměr apatitu ku turmalínu je ovlivňován především zvětráváním (apatitu) v záplavové oblasti, a může tudíž sloužit i jako indikátor délky pobytu TM v tomto prostředí.
Abraze během transportu Bývala
přeceňována Dnes se soudí, že má význam jen u písků, které byly po delší dobu vystaveny intenzivnímu působení mechanické energie
Chování TM během sedimentace („hydraulické vlivy“) Kromě
velikosti a hustoty částice rozhoduje o tom, kdy sedimentuje, i její tvar Minerály tvořící zrna plochého tvaru jsou unášeny dál, než stejně těžká zrna kulovitého tvaru Na chování částice v kapalině může mít vliv i charakter povrchu (zeta potenciál, drsnost) Bez významu nemusí být ani „hustota“ unášející suspenze
Hydraulické procesy - koncept hydraulické ekvivalence Studium velikosti TM v recentních píscích ukázalo, že zrna TM
jsou menší než průměrná velikost pískových zrn. Říkáme, že zrna TM jsou hydrostaticky ekvivalentní větším zrnům křemene. Hydraulické vlastnosti TM jsou dány třemi faktory: Měrnou hmotností TM Dostupnou velikostí zrn TM (zrnitostí TM ve zdrojové hornině zirkon!) Uveditelností zrn do vznosu (TM mají tendenci sedimentovat blíže ke zdroji, než LM, a jakmile se jednou usadí, špatně se dostávají znova do vznosu) Změny ve složení ATM nemusí nutně obrážet změny ve zdroji, ale odráží také změny hydraulických podmínek.
Stokesův zákon V = (2gr²)(d1-d2)/9µ kde V = rychlost pádu (cm sec-¹), g = gravitační zrychlení (cm sec-²), r = "ekvivalentní" průměr částice (cm), dl = měrná hmotnost částice (g cm -³), d2 = měrná hmotnost kapaliny (g cm-³), µ = viskozita kapaliny (µ vody = 8.904x10-4 kg m-1 s-1 (při 25oC)
Odstranění vlivu hydrauliky – 1. 1. Určení hydraulického poměru = 100-násobek váhy příslušného TM, dělený vahou lehkých minerálů ekvivalentní hydraulické velikosti. Vzhledem k možnému vlivu zrnitostní dostupnosti to lze použít jen u jemných písků. Časově velmi náročné, ale užitečné tam, kde mohlo dojít k výrazné hydraulické diferenciaci (těžko však může být tak výrazná, aby měla za následek vymizení některého TM, který byl ve zdroji.
Odstranění vlivu hydrauliky – 2. Tím, že se používají jen ty minerály, které vykazují variace nezávislé na velikosti zrna - nejlépe se prokáže v X-Y grafu závislosti zastoupení minerálu v ATM na velikosti jeho zrna.
Vliv intravrstevního rozpouštění Proces
rozeznán na základě pozorování leptových důlků na amfibolu, epidotu, kyanitu, pyroxenu, titanitu, staurolitu a granátu. Pettijohnova řada chemické stability:
Diageneze - rozpouštění Druhý nejvýraznější činitel, proměňující ATM. Vliv rozpouštění na konkrétní ATM se obtížně kvantifikuje, neb nemusí být mnohdy známo: ¾ složení původní ATM ¾ teplota vrstevních vod ¾ složení těchto vod (chemismus, pH, Eh) ¾ délka působení ¾ cirkulace vrstevních vod ¾ rozpustnost jednotlivých minerálů a jejich variet
Inherentní faktory Stabilita minerálu Vliv chemismu minerálu u druhů, vytvářejících izomorfní řady: granát, turmalín, epidot, amfiboly, pyroxeny Vliv stupně alterace (ilmenit – leukoxenizace; minerály obsahující radioaktivní prvky – metamiktizace) Vliv kvality povrchu (zrna s velkým povrchem se rozpouštějí rychleji, ) Vliv externího ozáření (dielektrické minerály – fosilní stopy štěpných trosek)
Externí faktory Vliv pH roztoků Vliv Eh roztoků Vliv teploty (Ö hloubka pohřbení) Délka působení (Ö geologické stáří) Cirkulace pórových roztoků - přístupnost zrn TM k jejich působení (porozita horniny, stupeň kompakce) Vliv chemického složení roztoků (uhlovodíky, H2S, huminové kyseliny)
Projevy rozpouštění TM kyselými spodními vodami
Projevy rozpouštění TM kyselými spodními vodami (pokrač.)
Projevy rozpouštění u jednotlivých TM
Počátek koroze granátů
Koroze granátů na hranách
Koroze granátů
Vývin facet a leptových důlků
Koroze granátů – poruchy na plochách a hranách
Koroze granátů – kostrovité krystaly
Koroze granátu – kostrovité krystaly
Koroze granátu – bradavčitý povrch, leptové důlky
Koroze granátu –leptové důlky
Fosilní stopy štěpných trosek?
Fosilní stopy štěpných trosek?
(Pro srovnání: stopy štěpných trosek v apatitu)
Koroze turmalínu
