Mineralogie systematická /soustavná/ je dílčí disciplínou mineralogie

X = Na*, Ca, , K

Y = Mg, Fe²⁺, Li, Al, Fe³⁺, Mn

Z = Al, Mg, Fe³⁺

T = Si, Al, B

B = B

V = OH, O

W = OH, F, O
Obr. Krystalová struktura turmalínu

Klasifikace turmalínů

Skupina turmalínu zahrnuje 14 samostatných minerálů, které se od sebe liší svým chemickým složením

Skoryl - bohatý Fe černý

Dravit - bohatý Mg hnědý

Uvit - Mg, Ca hnědý, většinou mikroskopický

Li-turmalíny = elbaity (rubelit, verdelit, indigolit) – růžový, zelený, modrý

Geneze

Skoryl je typickým minerálem Al-bohatých světlých granitů.

Turmalín v granitických Li-pegmatitech (skoryl , elbaity), zonální XX

Rožná u Bystřice nad Pernštejnem, Dobrá Voda, Jeclov a Puklice na Jihlavsku ...

Na stratiformních ložiscích rud nebo turmalinitech (dravit – uvit - skoryl)
Turmalíny z metamorfovaných hornin:

Složení turmalínů v metamorfovaných horninách silně kolísá a pocházejí z nich dravit, uvit a skoryl.

Inosilikáty
Hlavní skupiny: pyroxeny

amfiboly


Struktury inosilikátů obecně určují nekonečné řetězce tetraedrů SiO₄, které se střídají s pásovými vrstvami oktaedrů, a obojí jsou orientovány rovnoběžně s osou z (vertikálou krystalu).
V pyroxenech a pyroxenoidech jsou řetězce tetraedrů SiO₄ jednoduché, v amfibolech dvojité.
V pyroxenech i amfibolech jsou nejsilnější vazby Si-O-Si, které působí ve směrech řetězců a určují prizmatický habitus krystalů (často dlouze sloupečkovitý až vláknitý) a také velmi dobrou štěpnost podle /110/, rovnoběžně s řetězci.

Pyroxeny
Pyroxeny jsou důležité horninotvorné minerály ve většině mafických a ultramafických vyvřelých hornin a ve vysoce metamorfovaných horninách (granulity, eklogity).
Charakteristika:

• 
  sloupcovité krystaly, prizmatický habitus,
  
• 
  štěpnost dle /110/ - štěpné trhlinky v řezech kolmých na z svírají úhel 90^o , průřez sloupců čtverec, osmiúhelník
  
• 
  barva tmavá (černá, zelená, hnědá)
  

Pyroxeny dělíme na dvě skupiny:

• 
  pyroxeny jednoklonné (klinopyroxeny)
  
• 
  pyroxeny kosočtverečné (ortopyroxeny)
  

Struktury pyroxenů – základním znakem je jednoduchý dvojčlánkový řetězec tetraedrů SiO₄ s opakujícím se motivem Si₂O₆ (vzorcová jednotka)

Obr. – typy řetězců v pyroxenech

• 
  řetězce běží paralelně s vertikálou, vrcholy tetraedrů SiO₄ jsou střídavě orientované nahoru a dolů
  
• 
  volné vrcholy tetraedrů jsou spojené s dvojitými pásy oktaedrů, které jsou obdobně orientovány
  
• 
  celkový pohled na strukturu pyroxenu podél osy z (vidíme jednoduché řetězce tetraedrů a pásy oktaedrů)
  
• 
  v oktaedrické koordinaci Mg, Fe, Ca, Al, Na, Li
  
• 
  v tetraedrické kromě Si také část Al
  

Chemické složení pyroxenů

Diagram chemismu pyroxenů se 4 koncovými členy (systém MgSiO₃, FeSiO₃, CaSiO₃ - možné pevné roztoky) vidíme na obr.
Na základě tohoto diagramu vidíme izomorfní řady:

• 
  ortopyroxeny : řada enstatitová (kompletní pevný roztok):
  

enstatit Mg₂ Si₂ O₆ ------------ ferosilit Fe₂ Si₂ O₆
značně bohatší Mg, než Fe - bronzit (starší názvy)

více Fe - hypersten

Krystaly kosočtverečných pyroxenů jsou sloupcovité, jen zřídka pravidelně ukončené. Štěpnost dle /110/, někdy lupenité či odlučné podle báze 001, lesk skelný, polokovový (bronzit) až kovový (hypersten). Enstatit je bělavý nebo nazelenalý, bronzit hnědý – bronzový, hypersten téměř černý, často s měděným odleskem (viz cvičení).

• 
  klinopyroxeny : řada diopsidová (kompletní pevný roztok):
  

diopsid CaMg Si₂ O₆ ------------ hedenbergit CaFe Si₂ O₆

• 
  tvoří sloupcovité jednoklonné krystaly, zakončené bazálně i pyramidálně
  

diopsid – zelený, šedozelený

hedenbergit – tmavě zelenočerný

řada augitotvá :

četné pyroxeny, ležící svým chemismem ve vnitřní části diagramu chemického složení pyroxenů

augit – nejběžnější, chemicky složitý klinopyroxen

titanový augit
(Ca, Mg, Fe2+, Fe3+, Ti, Al)₂ /(Si, Al)₂ O₆/
Krystaly typické morfologie, často dvojčatný srůst dle 100, barva hnědočerná, při zvětrávání narezavělá.

řada spodumenová (alkalické pyroxeny): patří sem alkalické pyroxeny
akmit Na Fe Si₂ O₆

• 
  makroskopicky podobný augitu, s nímž se izomorfně mísí v řadě přechodných členů
  

egirín akmit s Al, Ti, Fe2+
spodumen Li Al Si₂ O₆ - světlých barev, drahokamové odrůdy (zelený, růžový), nachází se vzácně v Li-pegmatitech)
jadeit Na Al Si₂ O₆

• 
  vláknitý, vytváří celistvou houževnatou horninu, šedou až zelenou (jadeitit)
  

Výskyt a asociace

Pyroxeny jsou horninotvornými minerály se značným rozšířením v magmatických a metamorfovaných horninách. Vznikají převážně za vysokých teplot a tlaků.

Snadno zvětrávají (mechanicky – štěpnost, především však chemicky), proto jsou vzácné v klastických sedimentárních horninách

Ortopyroxeny i klinopyroxeny krystalizují z magmatu (tavenin bohatých Mg a Fe). Obvykle asociují s olivínem a bazickými plagioklasy (Bowenovo schema). Gabra, bazalty a jejich tufy (augit, egirín)
Důležitými součástkami hornin zemského pláště jsou:

enstatit, bronzit – peridotity, pyroxenity, v nich jsou též klinopyroxeny blízké

diopsidu (jsou časté v ultramafických uzavřeninách ve vulkanitech – původ z pláště
V metamorfovaných horninách:

Omfacit – v eklogitech

Bronzit – v serpentinitech (hadcích)

Pyroxeny řady diopsid-hedenbergit se vyskytují ve skarnech (hedenbergit – magnetit – amfibol), na kontaktech granitoidních a karbonátových hornin (asociace: grossulár, epidot, wollastonit, vesuvian)

V lithných pegmatitech – spodumen (velké krystaly)

AMFIBOLY
Amfiboly jsou velmi rozšířené minerály, zejména v plutonických vyvřelých horninách (od granitu po gabro), též ve vulkanitech. Jsou hlavními minerály mnoha metamorfovaných hornin.
Charakteristika:

• 
  prizmatický habitus krystalů, které jsou dlouze sloupečkovité až vláknité (azbesty)
  
• 
  výborná štěpnost dle /110/ (lepší než u pyroxenů), úhel 56 a 124^o v řezu kolmém na vertikálu – důležitý diagnostický znak
  
• 
  barvy tmavé, zřídka světlé
  

Dělíme je obdobně jako pyroxeny na 2 skupiny:

• 
  amfiboly jednoklonné (klinoamfiboly)
  
• 
  amfiboly kosočtverečné (ortoamfiboly)
  

Struktura

Základní motiv struktury je dvojitý dvojčlánkový řetězec tetraedrů SiO₄, v němž se periodicky opakuje skupina 4 tetraedrů. Vzorcová aniontová skupina je tedy /Si₄ O₁₁/ ^6- , často bývá v literatuře používána skupina dvojnásobná.
Řetězce tetraedrů se střídají obdobně jako u pyroxenů s oktaedrickými pásy, které jdou též rovnoběžně s vertikálou krystalu (z).
Amfiboly se liší strukturně od pyroxenů šířkou jejich tetraedrických a oktaedrických řetězců (pásů) – řetězec tetraedrů je dvojitý, oktaedrické pásy mají šířku 3-4 oktaedrů – obr.
V oktaedrických pozicích jsou Mg, Fe, Al

Ca, Na, K jsou koordinovány obdobně nebo mezi 8 kyslíky

Některé rohové kyslíky oktaedrů nejsou sdíleny s rohy tetraedrů a jsou obsazovány -OH skupinou.
Vzhled krystalu – obr.
Chemismus a jednotlivé minerály skupiny amfibolů

Celkový chemismus znázorněn v diagramu na obr.

Chemicky se liší amfiboly od pyroxenů dvěma hlavními fenomény:

• 
  přítomností –OH skupin – amfiboly vznikají v prostředích, obsahujících větší podíly vody, která je začleněna do struktury (krystalují z magmatu později než pyroxeny)
  

Jednoklonné amfiboly (rozšířenější):

Řada tremolitová: tremolit Ca₂ Mg₅ /Si₄ O₁₁/₂ /OH/₂

aktinolit větší obsah Fe

ferroaktinolit Ca₂ Fe₅ /Si₄ O₁₁/₂ /OH/₂

členy bližší tremolitu mají světlou barvu (bílá, šedá, nazelenalá), agregáty stébelnaté až jemně vláknité, amfibolové azbesty

aktinolit – tmavozelený až černozelený, paprsčité agregáty
(jemně vláknité, masivní variety tremolit-aktinolitu jsou známé jako odrůda nefrit (ozdobný kámen)

Řada hornblendu (dříve obecného amfibolu):
amfibol (hornblend) (Ca, Na, K)₂ (Mg, Fe^II,Fe^III, Al)₅ /(Si, Al)₈ O₂₂/ /OH/₂

zelenočerný, černý, horninotvorný minerál dioritů, gaber

čedičový amfibol má více Fe, Ti, Na, K

hnědočerný, podobný augitu,

• 
  tvoří vyrostlice v čedičových tufech, jinak mikroskopicky v bazaltech
  

Kosočtverečné amfiboly (méně rozšířené):
antofylit (Mg, Fe)₇ /Si₄ O₁₁/₂ /OH/₂

gedrit - navíc s Al, Fe^III

antofylit - nažloutlý, nazelenalý, ve stébelnatých až vláknitých agregátech (azbest)

Výskyt a asociace:

• 
  ve vyvřelých (zejména plutonických horninách) a v metamorfovaných horninách v širokém rámci jejich chemického složení
  

Vyvřelé horniny: amfibol - hornblend (s Ca) – granity, granodiority, diority, gabra

čedičový amfibol – bazalty a jejich tufy

Metamorfované horniny:

Řada různých amfibolů, často společný výskyt několika zástupců amfibolů:

• 
  tremolit, aktinolit, antofylit, hornblend – v horninách relativně obohacených Mg (aktinolitické břidlice, amfibolity, tremolitové mramory)
  
• 
  antofylit – na puklinách hadců, reakční lemy mezi pegmatity a hadci
  
• 
  glaukofan – glaukofanové břidlice (vysokotlaká metamorfóza)
  
• 
  ve skarnech a vápenatosilikátových horninách (erlanech) –tremolit, tremolit-aktinolit, často v paragenezi s dalšími Ca-minerály (grossular, diopsid, wollastonit)
  

Fylosilikáty (vrstevní silikáty)
Tetraedry SiO₄ jsou propojeny třemi vrcholy do nekonečných rovinných sítí s hexagonální nebo pseudohexagonální symetrií. Symetrie makrokrystalu je jednoklonná.

Periodicky se opakuje motiv /Si₄ O₁₀/ ^4- .

Tyto sítě jsou kombinovány s vrstvami oktaedrů a vytvářejí množství fylosilikátů s výbornou štěpností podle báze 001. proč???

Struktura určuje též lístkovitý, tabulkovitý habitus krystalů
Nejdůležitějšími skupinami fylosilikátů jsou mastek, slídy, jílové minerály a chlority, serpentin.

Struktury

Základní struktura běžných fylosilikátů sestává z vrstev tetraedrů SiO₄, střídajících se s rovnoběžnými vrstvami oktaedricky koordinovaných kationtů.

Vyskytují se 2 typy střídání vrstev:

• 
  „dvojvrstevné struktury“ – tetraedrická + oktaedrická vrstva, spojené dohromady spolecně sdílenými kyslíky (kaolinit)
  

• 
  „trojvrstevné struktury“ – vrstva oktaedrů, sevřená mezi dvěma vrstvami tetraedrů SiO₄ (muskovit)
  

Dvojvrstevné a trojvrstevné struktury jsou dále děleny na základě valence kationtu uvnitř oktaedrické vrstvy:

1. 
   vrstvy s dvojvaznými kationty (Mg, Fe) se označují jako trioktaedrické ( někdy jako brucitové – Mg /OH/₂ )
   

kationty v oktaedrické vrstvě obsazují všechny oktaedrické pozice

př. biotit je trioktaedrická slída K Fe₃ /Al Si₃ O₁₀/ /OH/₂

2. 
   vrstva s trojvaznými kationty (Al) je označena jako dioktaedrická
   

(též jako gibbsitová – Al /OH/₃ )

jsou obsazeny jen 2 ze 3 oktaedrických pozic (třetí je vakantní)

př. muskovit je dioktaedrická slída K Al₂ /Al Si₃ O₁₀/ /OH/₂
Způsob, kterým jsou spojena „souvrství“ ve strukturách fylosilikátů, dále rozlišuje jednotlivé minerální fáze a skupiny a určuje některé z jejich fyzikálních vlastností:

• 
  vodíkové můstky (dvojvrství u kaolinitu)
  
• 
  Van der Valsovy síly (neutrální trojvrství pyrofylitu a mastku)
  
• 
  molekuly H₂O (montmorillonit – bobtnání)
  
• 
  v případě slíd je jeden ze 4 tetraedrů obsazen Al ³⁺ a přebytek negativního náboje je kompenzován jednovazným kationtem, obvykle K (nebo Na), umístěným mezi trojvrstvími (jde o relativně pevnější spojení „souvrství“)
  

Jednotlivé minerály – jejich chemismus, vlastnosti a geneze, využití

Vlastnosti – dokonalá štěpnost podle báze /001/

Mastek Mg₃ / Si₄ O₁₀ / /OH/₂

• 
  bezbarvý, nazelenalý, šedý
  
• 
  mastkové břidlice, krupníky (Sobotín) – vzniká přeměnou ultrabazických hornin
  

Slídy : dioktaedrické (muskovit – paragonit)

muskovit je dioktaedrická slída K Al₂ /Al Si₃ O₁₀/ /OH/₂
trioktaedrické (biotit, flogopit, lepidolit, cinvaldit)

biotit K (Fe, Mg)₃ /Al Si₃ O₁₀/ /OH/₂

flogopit K (Mg)₃ /Al Si₃ O₁₀/ /OH/₂
lepidolit pouze v Li- pegmatitech


Vlastnosti:

Geneze: muskovit horninotvorným minerálem v kyselých magmatitech (granity, pegmatity), metamorfitech (fylit – svor – rula), v klastických sedimentech hojný díky odolnosti vůči zvětrávání
Biotit – od kyselých po bazické magmatity a metamorfity. Chybí v sedimentech – snadno zvětrává ( podléhá chloritizaci)
Flogopit – v dolomitických mramorech, Mg-skarnech, ultrabazických magmatitech


Chlority

- trioktaedrické fylosilikáty, zeleně zbarvené

Hlavní koncové členy:

klinochlor (Mg₅ Al) /Si₃ Al O₁₀ / (OH)₈

chamosit (Fe²⁺₅ Al) /Si₃ Al O₁₀ / (OH)₈
Geneze: metamorfní minerály (nízká metamorfóza) – chloritické břidlice, zelené břidlice

• 
  alpská parageneze (Sobotín, Černá Voda)
  
• 
  Fe-chlority v sedimentárních a slabě metamorfovaných železných rudách (Lahn-Dill – šternbersko-hornobenešovský pruh – Nízký Jeseník)
  

Skupina serpentinu Mg₆ /Si₄ O₁₀/ /OH/₈

Antigorit - lupenitý

Serpentin

Chryzotil - hadcový azbest

Geneze: vzniká přeměnou olivínu (serpentinizací)

- z ultrabazických hornin (peridotitů) vznikají serpentinity (hadce)

„Jílové minerály“ – fylosilikáty s velikostí částic pod 0.01 mm, studovatelné zejména RTG-difrakčními metodami, elektronovým mikroskopem, mikrosondou, termickou analýzou

• 
  kaolinit Al₄ /Si₄ O₁₀/ /OH/_{8 ,} součást „kaolínu“ – suroviny pro výrobu porcelánu, kaolinit vzniká zvětráváním živců (Karlovy Vary, Plzeň)
  
• 
  montmorillonit – bentonity, montmorilonitové jíly, půdy
  
• 
  illit – blízce příbuzné hydromuskovitu, často se smíšenými strukturami, v jílech, jílovcích, jílovitých břidlicích
  
• 
  glaukonit – má proměnlivé chemické složení 2-15 % K₂O, tvoří intenzívně zelená až sedozelená zrna v příbřežních mořských píscích a pískovcích
  

Tektosilikáty („network silicates“)

A/ ŽIVCE

• 
  tvoří ucelenou samostatnou skupinu tektosilikátů, které jsou nejvíce rozšířeny v zemské kůře. Jsou podstatnými minerály většiny vyvřelých hornin a obvykle jsou hojné v mnoha metamorfovaných i sedimentárních horninách
  

• 
  strukturní rozdíly mezi živci odrážejí změny v tlaku a teplotě při krystalizaci hornin, ve kterých se vyskytují
  
• 
  podobně chemické složení živců odráží celkový chemismus mateřských hornin – proto je charakter živců důležitým kriteriem pro klasifikaci vyvřelých hornin
  

Chemické složení živců
Rozeznáváme živce draselné: K Al Si₃ O₈ ORTOKLAS

MIKROKLIN

SANIDIN (K+Na)
A živce sodnovápenaté /plagioklasy/, které tvoří izomorfní řadu (= úplný pevný roztok) s krajními členy:
Na Al Si₃ O₈ ALBIT

Ca Al₂ Si₂ O₈ ANORTIT
Jednotlivé členy (albit, oligoklas, andezín, labradorit, bytownit, anortit)

Živce s K a Na jsou nazývány „alkalické živce“. Sestávají ze dvou chemicky odlišných koncových členů, pevný roztok mezi nimi je úplný za vysoké teploty:
K Al Si₃ O₈ K-živec

Na Al Si₃ O₈ Na-živec (albit)
Substituce Na – K, poměr Al/Si zůstává konstantní 1:3
- rychlým ochlazením pevného roztoku obou složek vzniká ve vulkanitech homogenní sanidin

• 
  při pomalejším ochlazování ( intruze) se ve struktuře původně homogenního živce objevují určité nepravidelnosti v uspořádání kationtů a alkalický živec se rozpadá na „výrůstky“ = odmíšeniny K-bohatých a Na-bohatých živců.
  

U plagioklasů se setkáváme s výraznými exsolučními strukturami, kdy se od sebe odmísí 2 živce (často v submikroskopickém měřítku). Zejména u plagioklasů intermediárního složení – velká rozmanitost exsoluce, tvorba doménových struktur

Mísitelnost 3 komponent (K-, Na- a Ca-) je omezena především mezi K-živcem a anortitem

Struktury živců
Všechny živce jsou charakterizovány trojrozměrným skeletem tetraedrů SiO₄, které jsou vzájemně propojeny všemi rohovými kyslíky.

Struktury živců mohou být odvozeny ze struktury coesitu. Rozdíl je ten, že u živců strukturní rovina xz – je rovinou zrcadlení – zdvojuje objem dutin ve struktuře a umožňuje tak pojmout velké kationty K, Na, Ca.

Ve struktuře coesitu najdeme poze kluznou rovinu souměrnosti xz, která naopak způsobuje uzavření uvedených dutin, takže struktura nepřijímá další kationty

Symetrie struktur a uspořádanost

• 
  Vysokoteplotní alkalické živce jsou monoklinické (sanidin) – struktury jsou neuspořádané (distribuce kationtů Al a Si je nahodilá)
  
• 
  S ochlazováním se Al a Si v tetraedrických polohách začíná zákonitě uspořádávat a to je příčinou poklesu symetrie na trojklonnou.
  

Částečně uspořádanou strukturu má ortoklas, tato struktura je stále ještě monoklinická (vzniká pomalým ochlazováním pod 800 ^oC)

Dalším ochlazováním (pod 600 ^oC) vzniká úplně uspořádaný K-živec mikroklin (triklinický), má již pravidelně uspořádané Al a Si v tetraedrických polohách.
Plagioklasy jsou triklinické.

Krystalografie živců
Dvojčatné srůsty
Fyzikální vlastnosti

Výskyt a asociace živců

Živce jsou přítomné a obvykle hojné skoro ve všech vyvřelých horninách i metamorfovaných horninách, jsou běžné i v mnohých sedimentech.

Ve vyvřelých horninách – v kyselých intruzívních /žuly, granodiority/ jsou běžné K-živec (ortoklas, mikroklin) + kyselý plagioklas + křemen (viz. Bowen. schema), v kyselých vulkanitech sanidin

• 
  alkalické živce obvykle asociují s dalšími minerály draslíku (muskovitem, biotitem)
  
• 
  v horninách bazických (bazalty, gabra) – hojné bazické plagioklasy, chybějí K-živce a křemen
  

Živce sedimentárních a metamorfovaných hornin odrážejí složení zdrojových hornin:

• 
  Ca-plagioklasy snadno chemicky zvětrávají, kyselé jsou odolné. Proto v klastických sedimentech bývají pouze albit, oligoklas, (andezín) + K-živce (ortoklas, mikroklin).
  

• 
  při metamorfóze sedimentů, bohatých jílovou složkou, vznikají alkalické živce, Na-plagioklasy a křemen (fylity, svory, ruly, migmatity)
  

V pegmatitech – z K-živců mikroklin (někdy zelená varieta amazonit), z plagioklasů albit

Hydrotermální proces – živce chybí s výjimkou „alpské parageneze“, kde je albit a mikroklin (var. adulár – nejníže teplotní K-živec)