Granát

GranátySilikáty s izolovanými tetraedry SiO4 (ortosilikát)

Vzorec: X3Y2Z3O12

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

Struktura granátu

(SiO4)-4

(AlO6)-9

R2+:

Ca,Mg,Mn,Fe

Struktura granátu

Si tetraedry jsou červené

Al oktaedry jsou modré.

Mg, které je v středu dodekaedru, je nakresleno jako zelené kuličky.

Struktura tetragonálního vysokotlakého granátu - majoritu

Si tetraedry červené (T1), oranžové (T2) nebo zelené (T3).

Al oktaedry jsou červené (O1) nebo modré (O2)

R2+ je nakresleno jako zelené (D1) nebo žluté (D2) kuličky.

Vlastnosti granátu• Tvrdost (Mohs) = 7 • Měrná hmotnost: pyrop = 3.56

almandin = 4.32 spessartin = 4.19 grossular = 3.59andradit = 3.86

Habitus granátových krystalů

Hlavní koncové členy –pyralspitová řada

Pyralspitová řada Vzorec Barva (chromofor) Lokality

pyrop Mg3Al2(SiO4)3

bezbarvý (Mg, Al), červená, ohnivě červený (Cr+3)

Ultrabazické vyvřeliny - AlpyČechy, Mongolsko, Zoblitz (SRN)

almandin Fe3Al2(SiO4)3

tmavočervený (Fe+2), purpurový, hnědý, hnědočervený, černý, černočervený

Metamorfity, pegmatity - Colorado, Aljaška, Nepál

spessartin Mn3Al2(SiO4)3oranžový (Mn+2), tmavočerveně oranžový

Magmatické, metamorfované horniny, pegmatity. Spessart –Německo.

,

Nemísitelnost v pyralspitové řadě

Hlavní koncové členy – ugranditová řadaKoncový člen Vzorec Barva

(chromofor) Lokality

uvarovit Ca3Cr2(SiO4)3 tmavozelený Střední Ural

grossular Ca3Al2(SiO4)3

růžový (Fe+2), bezbarvý (čistý), světle zelený, oranžově hnědý (Mn+2)

Kontaktně metamorfované horniny. Žulová, Mexiko, Tanzanie, Kanada

andradit Ca3Fe2(SiO4)3

žlutozelený (Cr+3), černý, žlutohnědý, červený, šedý, černý (melanit)

Vyvřelé a metamorfované horniny, Magnet Cove (USA), Itálie

Omezená mísitelnost

pyralspitové a ugranditové řady

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

Průměrné zastoupení konc. členů (Wright 1938)

51,540,8Vápenaté kont. hor.20,728,715,634,4Různá bazika72,39,013,4Kimberlity, peridotity37,439,118,5Eklogity20,320,753,6Amf. ruly13,86,073,0Btt ruly, svory

30,756,4Kont.met. křemité h.30,756,8granity47,141,8pegmatitySPSPRPGRSANDALMHornina

Pyrop Mg3Al2[Si3O12]

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 % Cr2O3)

Peridotity, kimberlity, diamantonosné eklogity (69 – 70% PRP)

Jistá příměs Na (do 0,06%): substituce Ca2+Al3+ Na+Si4+

Vztah mezi barvou pyropu a obsahem Cr2O3

Chemismus granátu v bazikách1 Titanový pyrop K, GL1 High-titanium pyrope K3 Calcic pyrope-almandine K, Gl4 Titanian, calcic, magnesian, almandine K, Ec5 Magnesian almandine K, Ec6 Pyrope-grossular- almandine GPx, EC7 Ferro-magnesian uvarovite-grossular K8 Ferro-magnesian grossular9 Chrome-pyrope K, GL, EC10 Low-calcium chrome-pyrope Kl1 Titanian uvarovite- pyrope K, GLl1 Knorringitic uvarovite-pyrope K, GS

Almandin Fe3Al2[Si3O12]

• 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), manganonosnéregionálně metamorfované krystalické břidlice (NewZealand, California),

• Typický granát granitickýchpegmatitů, aplitů

• Yttriové spessartiny – jen v pegmatitech

Spessartin (SPS)

Uvarovit Ca3Cr2(SiO4)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

Andradit•Typickým prostředím pro andradit jsou termálně metamorfované nečisté vápnité sedimenty a zvláště skarny:

3CaCO3 + Fe2O3 + 3SiO2 Ca3Fe2Si3O12 + 3CO2

•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% SnO2 (substituce Ca2+ - Sn2+ nebo (SiO4)4- (SnO4)4- - F. Novák, Dadák 1965)

•V alkalických vyvřelinách (nefelinické syenity apod.)jsou andradity tmavě hnědé až černé, zonální a obsahují hodně Ti

Titanonosné granáty• Je-li Fe3+ > Ti (O), nazývá se melanit, je-li Fe3+ < Ti –

schorlomit• V pozici X (dodelaedrické) se nacházejí Ca, Mg, Mn, Fe2+

• V pozici Y (oktaedrické) se nacházejí Al, Fe2+, Fe3+, Ti3+

• V pozici Z (tetraedrické) se nalézají Si, Fe3+, Ti4+

• Titanonosné granáty se vyznačují zvýšeným obsahem dalších prvků – Zr, REE, Cr, Zn, Sn, V a P

• Hlavními substitucemi jsou:1. Ti4+(Y) + Fe3+(Z) Si4+(Z) +M3+(Y); M = Al, Fe, Ti2. (O4H4)4- (SiO4)4-

3. Fe2+(Y) + Ti4+(Z) + (OH)- Fe3+(Y) + Si4+(Z) + O2-

4. U andraditů s nejvyšším obsahem Ti (max. známý obsah TiO2 – 27,4%) i substituce v Z pozici (Si – Ti) a R2+ + Ti4+

2R3+

U nás se vyskytují granáty s Ti a Zr (schorlomity) v Českém středohoří

Andradit – drahokamové odrůdy

topazolitdémantoid

Granáty s V a Zr• Goldmanit Ca3V2

3+Si3O12 (Muto, Meyerowirz 1964) –Rusko, Čína. Pevný roztok goldmanit – grosulár. Zelený, žlutozelený; v metamorfovaných vanadem bohatých sedimentech.

• Kimzeyit Ca3Zr2(Al2Si)O12 (Milton et al. 1961); Zrbývá zastupováno Ti a Al nahrazováno Fe3+. Znám z karbonatitů, šošonitického čediče, lamprofyrů.

• Ito a Frondel (1967) zjistili téměř úplnou mísivost v řadě Ca3Fe2Si3O12 - Ca3Zr2Fe2SiO12 - Ca3Ti2Fe2SiO12 a navrhli pro ni názvy konc. členů andradit – kimzeyit –schorlomit; Ringwood navrhoval ponechat název kimzeyit pro Ca3Zr2(Al2Si)O12 a Ca3Zr2Fe2SiO12nazvat ferrikimzeyit

GrossulárTypický pro

•kontaktně metamorfované horniny (rodingity, mramory, skarnech aj.)

•Méně běžný pro regionálně metam. horniny – mramory, některé ruly, diopsidické granulity – a serpentinity

Odrůda tsavorit – grossularobohacený Cr3+ a V3+

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 (GRS49ALM38 –GRS39ALM54)

• 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

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 – henritermiéritCa3Mn1,5Al0,5)(SiO4)2(OH)4

almandin pyrop grosular

Zonálnost granátu

Fe/(Fe+Mg)spessartin

Zonálnost almandinůV pelitických horninách vzniká kontinuální reakcí

muskovit + chlorit + plagioklas +ilmenit + křemen almandin + biotit + rutil + H2O

Typický pro biotitovou zónu

U vápníkem chudých

Rotované granáty

Prográdní zonálnost granátu

Cyklická zonálnost

Příklad: Vápenaté pelitické břidlice z kontaktní aureoly plutonu Grand Island (JV Aljaška), obsahují granáty s kompoziční zonálností, která je výsledkem epizodického metasomatismu (Stowellet 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.

Kompoziční zonálnost granátuObraz 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 intruzedioritu.Grand Island.

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.

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 granátuPokles Ca od jádra k okraji -Kompatibilní s vzrůstem teploty během růstu granátu

Interpretace granátové zonálnosti

Grs

Sps

Alm

Prp

Koncentrický pokles Mn od jádra k okrajům -Kompatibilní s frakcionací během kontinuálního 'prográdního' růstu granátuRelativně plochý koncentrační profil Ca – možný menší vzrůst tlaku spolu se zvýšenou teplotou během růstu krystalu

Ortorula Fault Lake Ridgestřednozrnná 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 granátuVápníkem 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 re-ekvilibrace na okraji krystalu.

Sekrorová / oscilační zonálnost – dvojlom u granátu

Oscilační zonálnost u

granátu

Granát-biotitová termometrie Granát-biotitový teploměry jsou založeny na kationtové

výměněFe3Al2Si3O12 + KMg3AlSi3O10(OH)2 = Mg3Al2Si3O12 + KFe3AlSi3O10(OH)2

Pyrop + Annit = Almandin + FlogopitPrvně byl kalibrován Thompsonem (1976, Am. J. Sci. 276,

425-454): T°C = (2740 + 23.4P)/(ln KD + 1.56) - 273

kde KD = (Fe/Mg)Grt/(Fe/Mg)Bt a P je tlak v kilobarech. I když jde o empirickou kalibraci, která předpokládáideální chování roztoků, pracuje dobře – směrodatnáodchylka vypočtené teploty je cca ± 50°C.

Granát – biotitový termometr

Další granát-biotitové termometry

T°C = (1628 + 2.3P)/(ln KD + 0.815) - 273Bhattacharya et al 92- GS

T°C = (2440 + 2.3P)/(ln KD + 1.58) - 273 Bhattacharya et al 92- HW

T°C = (2165 + 12.4P)/(ln KD + 0.931) - 273Dasgupta et al. 91

T°C = (3873 + 12.4P)/(ln KD + 2.868) - 273 Perchuk

T°C = (2089 + 9.6P)/(ln KD + 0.782) - 273Ferry/Spear

T°C = (3095 + 12.4P)/(ln KD + 1.978) - 273 Hold/Lee 77T°C = (2740 + 23.4P)/(ln KD + 1.56) - 273 Thompson 76

Granát – staurolitový termometr(Perchuk 1969)

Chemismus granátů v

moldanubickýchhorninách