Pegmatyt
Pegmatyty – rodzaj skał magmowych charakteryzujących się szczególną mega- lub gigantokrystaliczną teksturą, wzbogaconych w pierwiastki niekompatybilne oraz minerały zawierające składniki lotne jak fluor, bor, fosfor i inne. Najczęstszym typem są pegmatyty granitoidowe, ale występują również pegmatyty gabrowe, sjenitowe, skał wysoko alkalicznych (pegmatyty agpaitowe i miaskitowe). Nazwa pochodzi od gr. pegma – silne łącze, stwardniałość, dla odwzorowania zwięzłości granitu pismowego. Skałę tę wyróżnił i opisał po raz pierwszy René-Just Haüy w 1813 roku[1].
Charakterystyka petrograficzna pegmatytów
edytujStruktura i tekstura
edytujPegmatyty mają zazwyczaj masywne i zbite struktury oraz bezładne tekstury. Są skałami jawnokrystalicznymi o bardzo dużych kryształach (od kilku centymetrów do kilkunastu metrów). Zdarzają się pegmatyty miarolityczne z gniazdami wypełnionymi szczotkami krystalicznymi najlepiej wykształconych minerałów. Podstawową strukturą pegmatytową są przerosty pismowe, zwane także granitem pismowym (przypominające pismo hebrajskie). Strefy pismowe występują zazwyczaj przy kontakcie ze skałami osłony obok strefy aplitowej.
Odznaczają się białą barwą, ale także zieloną, żółtawą, różową, czerwoną, czarną. Występują w formach żyłowych, soczewach i gniazdach.
Skład mineralny
edytuj- Kwaśne pegmatyty – kwarc, skalenie (głównie ortoklaz, mikroklin, albit, oligoklaz), miki – muskowit, biotyt, cynwaldyt, lepidolit, flogopit, turmaliny, beryle (szmaragd, heliodor, beryl), chryzoberyl, korund, spodumen, topaz, apatyt, kordieryt, andaluzyt, kasyteryt, wolframit, szelit, molibdenit, magnetyt, spinel, gahnit, ilmenit, kalcyt, fluoryt, granaty – andradyt, spessartyn i inne, monacyt, cyrkon.
- Zasadowe i alkaliczne – tytanit, eudialit, mikroklin, plagioklazy, skaleniowce, cyrkon i wiele innych w zależności od składu skał otoczenia.
- Minerały rzadkie – w pegmatytach oznaczono ponad 300 różnych minerałów, do rzadkich należą: holtyt, sarkopsyd, niobit, tantalit, thorianit, uraninit, bawenit, todorokit, stibarsen, paradokrazyt, eschynit i wiele wiele innych.
Główne minerały pegmatytów, szczególnie granitoidowych i gabrowych, są takie same jak skał otoczenia, odróżnia je tylko rozmiar. Przykłady największych kryształów opisanych z pegmatytów to:
- spodumen z Black Hills (12 metrów długości)[2],
- muskowit z Indii (kopalnia Inikurti w Nelluru (ponad 5 metrów średnicy i waga 85 ton)[3],
- beryl z Madagaskaru (18 metrów długości)[4],
- kwarc dymny z Kazachstanu – długość 7,5 metra, szerokość 1,6 metra i waga 70 ton[3].
Największe okazy znalezione w Polsce to[3]:
- kwarc dymny (morion) ze Strzegomia (ok 60 cm długości),
- kwarc dymny z Jawora – 64 cm długości,
- kwarc dymny z okolic Jeleniej Góry – 1 metr.
Strefowość pegmatytów
edytujStrefowość skał żyłowych pochodzenia magmowego lub metamorficznego jest rezultatem interakcji minerałów krystalizujących ze skałami osłony. Wymienione niżej strefy pegmatytów powstałych z kwaśnych magm opisane są w kolejności od stref kontaktowych (zewnętrznych) do jądra pegmatytu. Pegmatyty skał zasadowych i alkalicznych nie wykazują strefowości, a jedynie gigantokrystaliczną strukturę.
Dla granitoidowych
- strefa aplitowa,
- strefa przerostów pismowych,
- strefa skalenia blokowego,
- jądro kwarcowe,
- ostatni etap mineralizacji hydrotermalnej (kalcyt, epidot, zeolity).
Dla hybrydalnych
- niezmieniony serpentynit,
- strefa talkowa,
- strefa wermikulitowo-chlorytowa,
- strefa flogopitowa,
- strefa oligoklazytowa.
Rodzaje pegmatytów
edytujGranitoidowe
edytujWystępują bezpośrednio w skałach granitoidowych (granitowe, granodiorytowe, pegmatyty kwaśne). Zwykle ich główny skład mineralny jest taki jak skał otoczenia. Różnią się natomiast składem ilościowym pierwiastków, co zostało przedstawione w poniższej tabel[5]:
Składnik | Granit | Pegmatyt |
---|---|---|
[%] wag. | ||
SiO2 | 71,3 | 69,7–75,2 |
Al2O3 | 14,3 | 14–17 |
CaO | 2 | 0,2–0,9 |
Na2O | 3,7 | 2,7–4,2 |
K2O | 4,1 | 2,7–4,4 |
P2O5 | 0,1 | 0,1–1,2 |
[ppm] | ||
Li | 24 | > 10 tys. |
Be | 2–4 | max. 605 |
Cs | 2–8 | 27 tys. |
Sn | 1–9 | 12–3200 |
Agpaitowe
edytujPegmatyty agpaitowe[6] stowarzyszone są ze nefelinowymi sjenitami – peralkalicznymi skałami agpaitowymi, tj. charakteryzującymi się m.in. występowaniem złożonych krzemianów Ti, Zr i REE (np. eudialit, cyrkonolit) zamiast typowych minerałów Ti-Zr jak tytanit, cyrkon czy ilmenit[7]. Charakteryzuje je stosunek K2O + Na2O / Al2O3 > 1. Są szczególnie wzbogacone w cyrkon i tytan. Ich skład mineralny przedstawia się następująco: nefelin, mikroklin, eudialit, egiryn, ramzait, lamprofylit, sodalit, elpidyt, katapleit, ilmenit i inne. Ich powstawanie i historię opisuje się w trzech etapach:
- wzrost zasadowości
- maksimum zasadowości
- spadek zasadowości
Występują na Półwyspie Kola, na Grenlandii (kompleks alkaliczny Ilímaussaq), a także w Polsce w intruzji Ełku.
Miaskitowe
edytujJest to rodzaj pegmatytów skał wysoko-alkalicznych typu sjenitów nefelinowych. Charakteryzuje ten rodzaj stosunek K2O + Na2O / Al2O3 < 1. Nazwa pochodzi od miejscowości Miass na Uralu. Zawierają minerały bogate w niob, tantal i ziemie rzadkie. Ich charakterystyczny skład mineralny to: nefelin, mikroklin, albit, biotyt, egiryn, tytanit, cyrkon, pirochlor, apatyt, monacyt, bastnazyt, cyrkonalit i fluoryt.
Hybrydowe (desilifikowane)
edytujPowstają w wyniku intruzji skały kwaśnej w masyw ultrazasadowy (np. serpentynitowy). Charakteryzują się zawartością pierwiastków typowych dla skał ultramaficznych, które nie są powiązane genetycznie ze skałami kwaśnymi – np. Cr. W tego typu pegmatytach występują między innymi szmaragdy lub apatyt manganowy. W Polsce występują np. w kopalni rud niklu „Marta” w Szklarach[8] lub w Wirach.
Anatektyczne
edytujPowstają na bardzo dużych głębokościach i są powiązane ze skałami wysokiego stopnia metamorfizmu jak granulity i migmatyty. Powstają w wyniku krystalizacji z wtórnej magmy anatektycznej. Przykładem są pegmatyty Gór Sowich na Dolnym Śląsku[8].
Modele genetyczne pegmatytów
edytujModel genetyczny Fersmana
edytujOpublikowany w 1940 roku przedstawia etapy powstawania poszczególnych rodzajów pegmatytów granitowych:
etap | magmowy | pomagmowy | pneumatolityczny | hydrotermalny | hipergeniczny | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
geofaza | magmowa A | pomagmowa B | pegmatytowa C | pegmatoidowe D-E | nadkrytyczne F-G | hydrotermalne H-I-K | hipergenetyczna L |
temperatura °C | 900 | 800 | 700 | 600 | 500 | 400 | 50 |
proces | przedpegmatytowy | pegmatytowy | popegmatytowy | ||||
środowisko krystalizacji | stop (3 fazy) | roztwór fluidowy (2 fazy) | hydrotermalny (3 fazy) |
- Etap magmowy – geofaza A, magmowa, krystalizacja granitu ze słońcami turmalinowymi.
- Etap pomagmowy – etap krystalizacji ze stopu resztkowego (3 fazy – stała, ciekła i gazowa)
- Etap pneumatolityczny – krystalizacja z roztworu gazowo-ciekłego (2 fazy – ciekła i gazowa)
- Etap hydrotermalny – krystalizacja z roztworu hydrotermalnego (3 fazy – stała, ciekła i gazowa)
- Etap hipergeniczny – powstaje kaolinit, kalcyt, chalcedon oraz inne minerały hipergeniczne (minerały wtórne).
etap tworzenia się pegmatytów |
typ pegmatytów (według głębokości) | |||
---|---|---|---|---|
bardzo dużych głębokości (>10 km) REE |
dużych głębokości (7–10 km) (mikonośne) |
średnich głębokości (3,5–7 km) (metali rzadkich) |
małych głębokości (1,5–3,5 km) (kryształów górskich) | |
Ca – Na | biotyt, plagioklaz, kwarc | |||
I. K | mikroklin, kwarc | |||
II. K | mikroklin | |||
I etap hydrolizy | allanit, samarskit, fergusonit, monacyt | muskowit, turmaliny, apatyt | spodumen, beryl, trfyfyllit, Ta-Nb muskowit | beryl, muskowit |
I. Si | kwarc, albit | |||
Na | beryl, albit, tantalit | |||
II etap hydrolizy (grejzenowy) | kwarc, muskowit | kasyteryt, kwarc, lepidolit, polucyt, amblygonit, pirochlor, turmaliny polichromatyczne, muskowit | ||
II. Si | kwarc | kryształ górski |
Aktualne hipotezy
edytuj- Z magmy resztkowej bogatej w składniki lotne i wodę[10] – krystalizacja minerałów ze stopu bogatego w składniki lotne i wodę. Powstają struktury pismowe, które odzwierciedlają oddzielenie się ze stopu wodnego fluidu. Fluid powoduje separację sodu od potasu, a przy obecności Cl krystalizuje jądro pegmatytu.
- Ogólnie przyjęty model genetyczny pegmatytów – był on aktualny do czasu przeprowadzenia prac eksperymentalnych amerykańskiego profesora Davida Londona. Zakładał on dwuetapowość jego powstawania. Proces zaczyna się jak magmowy zaś kończy jako hydrotermalny.Zależnie od zmieniających się parametrów P-T oraz stężenia składników. Określone asocjacje mineralne powstają najpierw drogą krystalizacji z magmy resztkowej zaś na końcu drogą rekrystalizacji/zastępowania lub krystalizacji z roztworów hydrotermalnych[11].
- Ze stopu magmowego[12] – jako pierwsze krystalizują składniki bezwodne (kwarc, skalenie). Woda natomiast jest dalej rozpuszczana, a jej zawartość dochodzi nawet do 20% w stopie magmowym. Rozpuszczalność H2O rośnie poprzez działanie modyfikatorów jakimi są składniki lotne – F i B.
Podział genetyczny pegmatytów kwaśnych ze względu na głębokość powstawania
edytujPodział ten obejmuje pegmatyty intragranitowe (wewnątrz intruzji) lub bez przestrzennego związku z granitami w skałach metamorficznych[13].
- Pegmatyty abisalne – powstają na głębokości około 11 km przy ciśnieniach 5–6 kbar i temperaturze 700–800 °C. Są to głównie pegmatyty anatektyczne powstałe w warunkach facji amfibolitowej do granulitowej. Powstają przy częściowym topnieniu skał osłony. Zawierają minerały REE, Zr, Ti oraz Nb.
- Pegmatyty muskowitowe – powstają na głębokości około 7–11 km przy ciśnieniach 4–6 kbar i temperaturze 600–700 °C. Powstają w wyniku anateksis lub frakcjonacji magmy granitowej. Są zbudowane głównie ze skaleni i muskowitu. Zawierają minerały użyteczne z Be, Nb, U, Th oraz REE.
- Pegmatyty pierwiastków rzadkich – powstają na głębokości około 3,5–7 km przy ciśnieniach 2–4 kbar i temperaturze 500–700 °C. Występują w skałach zmetamorfizowanych w warunkach facji typu Abukuma, w subfacji andaluzytowo-kordierytowo-muskowitowej. Są efektem frakcjonowania silnie zdyferencjowanej magmy granitowej. Zawierają minerały z pierwiastkami takimi jak Li, Be, Cs, Y, REE, Nb, Ta, Sn, F, B, P, Ti, U i Th.
- Pegmatyty miarolityczne – powstają na głębokości około < 3,5 km przy ciśnieniach 1–2 kbar i temperaturze 400–700 °C. Występują w nich miarole wypełnione szczotkami krystalicznymi co odzwierciedla relatywnie niskie ciśnienia. Skład pierwiastków rzadkich taki sam jak w pegmatytach pierwiastków rzadkich.
Złoża pegmatytowe
edytujW geologii złóż pegmatyty dzieli się na dwie kategorie: pegmatyty proste (kwarc, ortoklaz, mika) i złożone (kwarc, miki litowe, kasyteryt, beryle, turmaliny, topaz, fluoryt, apatyt). Rozmiary ciał pegmatytowych są zróżnicowane, do kilku km. Pegmatyty zalegające na średnich głębokościach są źródłem niobu, tantalu, toru, berylu, cyny i litu. Pegmatyty powstałe stosunkowo płytko są źródłem drogich kamieni, fluorytu w asocjacji z kwarcem. Istnieje wyraźny związek stref pegmatytowych ze skrajnie kwaśnymi intruzjami granitowymi środkowego stadium geosynklinalnego. Ponieważ pasy geosynklinalne i towarzyszące im intruzje posiadają liniowy przebieg, to strefy pegmatytowe również posiadają pasmowe rozprzestrzenienie. Długości pasm są znaczne np. północnoamerykańskie 4000 km, brzeżne syberyjskie 4500 km. Starsze pasma (przedpaleozoiczne) odznaczają się występowaniem pegmatytów muskowitowych. Pegmatyty młodsze zawierają częściej metale rzadkie. Występują w nich grejzeny, kwarcowoskaleniowe, kwarcowo-turmalinowe i kwarcowe rudy cynku, wolframu (pasmo malajskie, brazylijskie, południowoafrykańskie). Pegmatyty przekrystalizowane i strefowe są jedynym źródłem muskowitu i ważnym źródłem skaleni, kwarcu, kamieni szlachetnych (beryl-akwamaryn, turmalin, granat, ametyst, topaz). Są praktycznie jedynym źródłem litu (lepidolit, spodumen, cynwaldyt), berylu, cezu, (polucyt), rubidu (domieszki w lepidolicie i polucycie), niobu, tantalu, cyny (kasyteryt), wolframu (wolframit), rzadziej uranu (uraninit, thorianit)[14][15][16].
Występowanie
edytujW obrębie masywów granitoidowych, gabrowych, sjenitowych, fojaitowych, a także w skałach metamorfizmu wysokiego stopnia (granulity, migmatyt) – tzw. pegmatyty anatektyczne.
- W Polsce – Skalna Brama, Szklarska Poręba, Michałowice, Jelenia Góra, Łomnica, Mysłakowice, Czarne, Maciejowa, Trzcińsko, Karpacz (granitoidowy masyw Karkonoszy); Strzegom, Grabina, Żółkiewka, Zimnik, Kostrza, Borów, Czernica, Paszowice, Siedlimowice, Gola Świdnicka, Gołaszyce (granitoidowy masyw Strzegom-Sobótka); Zagórze Śląskie, Walim, Michałkowa, Lutomia, Bielawa, Owiesno, Piława, Różana, Myśliszów, Gilów (pegmatyt Gór Sowich); Wiry, Szklary (dolnośląskie masywy serpentynitowe); Kamienna Góra, Sławniowice (masyw granitoidowy Žulowej w okolicah Głuchołaz); Tatry[1].
- Na świecie – do najbardziej znanych należą te z Minas Gerais w Brazylii, USA (Kolorado, Dakota Południowa), Rosja (Półwysep Kolski, Ural), Madagaskar[3].
Zastosowanie
edytuj- Jako źródło pozyskiwania pierwiastków rzadkich (REE, Li, Sn, U, Th, Be, B, Nb, Ta...) do celów technicznych (np. pegmatyty są jedynym źródłem berylu – metalu wykorzystywanego w przemyśle lotniczym).
- Źródło pozyskiwania pierwiastków do celów elektrotechnicznych (Li, Rb, Cs, Ga).
- Pierwotnie (XIX, początek XX wieku) służyły jako kopaliny do pozyskiwania czystych skaleni dla celów ceramicznych, dziś ich znaczenie w tym celu znacznie spadło.
- Do celów naukowych – źródło wielu nowych minerałów, źródło pozyskiwania informacji o rozwoju procesów magmowych.
- Źródło kamieni szlachetnych (rubin, szafir, szmaragd, turmaliny, spodumen i inne).
- Źródło minerałów przemysłowych, takich jak kwarc, skalenie, miki, kaolin, spodumen dla przemysłu ceramicznego, szklarskiego, elektronicznego, kosmetycznego (np. kosmetyki kolorowe) i farmaceutycznego (leki przeciwpsychotyczne na bazie Li) i in.[17]
Przypisy
edytuj- ↑ a b E. Szełęg: Atlas minerałów i skał. Bielsko-Biała: Pascal, 2007, s. ?. ISBN 978-83-7513-138-3.
- ↑ Spodumene from the Etta Mine, South Dakotah. [w:] The Giant Crystal Project [on-line]. [dostęp 2014-11-03]. [zarchiwizowane z tego adresu (2017-05-07)].
- ↑ a b c d Żaba J., Ilustrowana encyklopedia skał i minerałów, Wyd. Videograf II, Chorzów 2006, ISBN 978-83-7183-385-7
- ↑ G. Cressey, I. F. Mercer: Crystals. Londyn: Natural History Museum, 1999.
- ↑ Petr Černý. Rare-element Granitic Pegmatites. Part II: Regional to Global Environments and Petrogenesis. „Geoscience Canada”. 18 (2), 1991. [dostęp 2018-01-16].
- ↑ Daniel Müller-Lorch, Michael A.W. Marks, Gregor Markl. Na and K distribution in agpaitic pegmatites. „Lithos”. 95 (3–4), s. 315-330, 2007. DOI: 10.1016/j.lithos.2006.08.004.
- ↑ Henning Sorensen. The agpaitic rocks – an overview. „Mineralogical Magazine”. 61 (4), s. 485–498, 1997.
- ↑ a b Adam Pieczka. A rare mineral-bearing pegmatite from the Szklary serpentinite massif, the Fore-Sudetic Block, SW Poland. „Geologia Sudetica”. 33 (1), s. 23-31, 2000. [dostęp 2018-01-16].
- ↑ a b Aleksandr Evgen'evič Fersman: Pegmatity. T. I: Granitnye pegmatity. Tretʹe ispravdennoe i dipolnennoe izdanie. Moskwa, Leningrad: Izdatelʹstvo Akademii Nauk SSSR, 140, s. 712.
- ↑ Jahns, Richard H., Burnham, C. Wayne. Experimental studies of pegmatite genesis. 1. A model for the derivation and crystallization of granitic pegmatites. „Economic Geology”. 64 (8), s. 843 -864, 1969. DOI: 10.2113/gsecongeo.64.8.843.
- ↑ A. Polański: Geochemia i surowce mineralne. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1988, s. ?. ISBN 83-220-0332-3.
- ↑ David London – pegmatopia
- ↑ Petr Černý. Geochemical and petrogenetic features of mineralization in rare-element granitic pegmatites in the light of current research. „Applied Geochemistry”. 7 (5), s. 393-416, 1992. DOI: 10.1016/0883-2927(92)90002-K.
- ↑ H. Gruszczyk: Nauka o złożach. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1984, s. ?.
- ↑ E. Konstantynowicz: Geologia złóż kopalin – kopaliny energetyczne. Skrypty UŚ nr 496, 1994, s. ?.
- ↑ W.I. Smirnow: Geologia złóż kopalin użytecznych. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1986, s. ?.
- ↑ Glover, Alexander S., Rogers, William Z., Barton, James E.. Granitic Pegmatites: Storehouses of Industrial Minerals. „Elements”. 8 (4), s. 269–273, 2012. DOI: 10.2113/gselements.8.4.269.
Bibliografia
edytuj- A. Bolewski, W. Parachoniak: Petrografia. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1982. ISBN 83-220-0173-8.
- Petr Černý. Geochemical and petrogenetic features of mineralization in rare-element granitic pegmatites in the light of current research. „Applied Geochemistry”. 7 (5), s. 393-416, 1992. DOI: 10.1016/0883-2927(92)90002-K.
- W. Gabzdyl: Geologia złóż. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 1999, s. ?.
- H. Gruszczyk: Nauka o złożach. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1984, s. ?.
- E. Konstantynowicz: Geologia złóż kopalin – kopaliny energetyczne. Skrypty UŚ nr 496, 1994, s. ?.
- D. London: Granitic pegmatites: an assassment of current concepts and directions for the future. Lithos nr 80, 2005, s. 281-303.
- A. Majerowicz, B. Wierzchołowski: Petrologia skał magmowych. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1990. ISBN 83-220-0335-8.
- Adam Pieczka. A rare mineral-bearing pegmatite from the Szklary serpentinite massif, the Fore-Sudetic Block, SW Poland. „Geologia Sudetica”. 33 (1), s. 23-31, 2000. [dostęp 2018-01-16].
- Pegmatite. vulcan.wr.usgs.gov. [dostęp 2014-11-03]. [zarchiwizowane z tego adresu (2013-09-03)].
- A. Polański: Geochemia i surowce mineralne. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1988, s. ?. ISBN 83-220-0332-3.
- W. Ryka, A. Maliszewska: Słownik petrograficzny. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1982, s. ?. ISBN 83-220-0150-9.
- W.I. Smirnow: Geologia złóż kopalin użytecznych. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1986, s. ?.
- E. Szełęg: Atlas minerałów i skał. Bielsko-Biała: Pascal, 2007, s. ?. ISBN 978-83-7513-138-3.
- Li-ping Tan: Major Pegmatite Deposits of New York State. New York State Museum Bulletin nr 408, 1966, s. ?.
- J. Żaba: Ilustrowana encyklopedia skał i minerałów. Chorzów: Videograf II, 2006, s. ?. ISBN 978-83-7183-385-7.