Magmatická petrologie

Magmatické horniny jsou zajímavé z mnoha úhlů pohledu. Můžeme díky nim nahlédnout k procesům, které se odehrávají hluboko pod zemským povrchem a ukrývají v sobě ještě mnohá další tajemství. Magmatické horniny se někdy též označují jako primární, neboť právě z magmatických hornin vzešly všechny další horniny, které tvoří naši planetu. Magmatity jsou tedy zdrojem všech ostatních hornin a jejich studium vede k pochopení toho, jakým způsobem se naše planeta vyvíjí.

 

Magmatické horniny vznikají krystalizací z magmatu. Zde je důležité si připomenout, že magmatu, které se dostane na povrch nebo např. do moře, již neříkáme magma, ale láva. To nás vede k úvaze, že magmatické horniny (jak název napovídá) by měly vznikat výhradně pod povrchem Země. Ve skutečnosti však magmatické horniny vznikají i z lávy. Jak si tedy magmatické horniny jednoduše a správně představit ?

 

Pro pořádek je třeba uvést, že magmatické horniny dělíme na tři základní typy. Na horniny plutonické (hlubinné), vulkanické (výlevné) a žilné (které jen stručně charakterizuji na konci článku). Pro představu by se snad dalo velice zjednodušeně říct, že horniny plutonické vznikají z magmatu a vulkanické z lávy. Je logické, že láva na zemském povrchu vychladne mnohem rychleji, než magma v zemském plášti. A protože na době chladnutí silně závisí růst krystalů (čím více času, tím větší krystaly), dokážeme často již na první pohled říct, o který případ magmatické horniny se jedná.

 

Platí, že čím pozvolněji magma chládne, tím bývají krystaly minerálů větší a dokonalejší. V případě vulkanických hornin, které chladnou velice rychle, jsou krystaly často tak malé, že je nejsme pouhým okem schopni rozpoznat. Láva na zemském povrchu nebo pod vodou (případ polštářových láv) totiž chladne velmi rychle, což má za následek to, že vzniklá hornina je velmi jemnozrnná nebo u ní okem nepozorujeme vůbec žádné krystaly.

 

Olivine nodules in basalt (detail)

Příklad vulkanické horniny - bazalt (čedič) s nodulemi olivínu.
Z větší části je hornina velmi jemnozrnná až sklovitá - hemikrystalická.
Šířka záběru 50mm.
 
 
 
 

U vulkanických hornin tvoří z velké části základní hmotu právě vulkanické sklo bez patrných krystalů. O takové hornině bychom řekli, že má afanitickou strukturu. Afanitická struktura je typická pro vulkanické horniny. U většiny plutonických hornin si naopak všímáme, že jsou tvořeny výhradně krystaly. Ty vyplňují celý objem horniny, často dosahují podobných velikostí. Plutonická hornina je typicky středně zrnitá až hrubozrnná a má tedy faneritickou strukturu.

 

Dostáváme se k popisu hornin a důležitým identifikačním znakům. Již jste si jistě všimli, že jsem využil termínu struktura. V geologii se tento pojem objevuje několikrát, ať už ve strukturní geologii, kde označuje nějaký útvar (např. vrása, pískovcová skalní brána nebo sopka) nebo právě v petrologii. Tady tento termín ukazuje hlavně na velikost minerálních zrn a jejich tvar. Tyto znaky lze nejlépe studovat v mikroskopech.

 

Pyroxene crystals (30 µm thin section, PPL)
Ukázka struktury magmatických hornin - sledujeme zejména velikost a tvar krystalů.
Strukturou hornin se budeme detailněji zabývat v rubrice o polarizační mikroskopii.
Zvětšení 10x.
 
 
 
 

V této rubrice vyzdvihnu spíše příklady užitečných znaků, které lze pozorovat pouhým okem, které jsou pro některé magmatity typické a můžeme je tedy využít přímo v terénu. Mezi typické příklady textur patří v rámci magmatické petrologie textura fluviální (proudová). Ta je vyvinuta u vulkanických hornin, kdy magmatit silně připomíná sediment. V takovém případě je totiž viditelné zvrstvení (které ovšem v případě magmatitů nahrazujeme termínem polohy). Paralelní polohy jsou způsobeny tečením lávy a následným utuhnutím. Podobného charakteru jsou textury smouhovité a páskované. 

 

Pro plutonické horniny je typická všesměrná textura, o které jsme se již bavili v souvislosti s faneritickou strukturou. Dále rozeznáváme např. texturu kompaktní, pórovitou (typicky u vulkanitů), brekciovitou (úlomky magmatických hornin v hornině), centrickou (orbikulární, sférolitickou..) nebo třeba mandlovcovitou (typická pro melafyry - vulkanity bazaltového až andezitového složení, kdy dutinky po plynech vyplnil roztok kyseliny křemičité a dal tak vzniknout achátům v Podkrkonoší).

Ptáte-li se, zda existuje nějaké jednoduché schéma, které by nám umožnilo udělat si představu o vzniku magmatických hornin, můžeme se podívat na Bowenovo schéma. Bowenovo schéma zjednodušeně ukazuje proces krystalizace magmatických hornin (nebo spíš minerálů v nich). Budeme postupně snižovat teplotu a zanedbáme tlak a uvidíme, které minerály vykrystalizují. Nejdříve z magmatu vykrystalizuje olivín. Jedná se o hlavní minerál zemského pláště, a snad i jeden z nejhojnějších minerálů ve vesmíru vůbec. Dále se vytváří pyroxeny, amfiboly a další horninotvorné minerály. Spolu s nimi i živce až se nakonec krystalizace zastaví u křemene.

 
 

Bowenovo schéma 

 

 

Ve většině případů se krystalizace zastaví už u pyroxenu, a proto i toto schéma musíme brát s rezervou. Vyplývá z něj ale jedna správná myšlenka - totiž, abychom olivín mohli na zemském povrchu najít, musí ho magma rychle vynést na povrch, jinak by se podle schématu zcela přeměnil na jiné minerály. Dlouho však nesmí zůstat ani na zemském povrchu, protože velice rychle zvětrává a podléhá tzv. serpentinizaci - přeměňuje se na minerál serpentin. Najít tedy na zemském povrchu olivín bychom měli považovat za menší zázrak.

Nyní se podíváme na některé způsoby identifikace magmatických hornin, ke kterým využijeme jejich mineralogické složení. Předně je třeba si magmatické horniny správně mineralogicky a také chemicky popsat. Magmatické horniny dnes dělíme do čtyř základních skupin ze dvou hledisek (chemického a mineralogického). Hranice mezi těmito čtyřmi základními typy jsou umělé a byly domluveny mezinárodní dohodou (a čas od času se mění). Hranice jsou dány konkrétními čísly procentuálního zastoupení oxidu křemičitého v hornině (zastoupení SiO2 kolísá zhruba v rozmezí 80-30%).

 

Jednoduché schéma chemismu a mineralogie magmatických hornin.
Převzato ze školní prezentace a upraveno pro potřeby tohoto webu.
 
 
 
 

 

 

 

 
 
 
lávy tedy odpovídá složení horniny --- klasifikace

sloupcovitá odlučnost čediče

Ptáte-li se, zda existuje nějaké jednoduché schéma, které by nám umožnilo udělat si představu o vzniku magmatických hornin, můžeme se podívat na Bowenovo schéma. Bowenovo schéma zjednodušeně ukazuje proces krystalizace magmatických hornin (nebo spíš minerálů v nich), kdy budeme postupně snižovat teplotu a zanedbáme tlak. Nejdříve z magmatu vykrystalizuje olivín. Jedná se o hlavní minerál zemského pláště, a snad i jeden z nejhojnějších minerálů ve vesmíru vůbec. 

 
 
lávy tedy odpovídá složení horniny --- klasifikace
sloupcovitá odlučnost čediče

S tím, jak roste zastoupení SiO2, roste také zastoupení K2O a NaO, zatímco zastoupení oxidů MgO a FeO klesá. Co je však zajímavější, je to, jak se s měnícím se chemismem mění i mineralogické složení. Všimněme si, že křemen se v horninách s obsahem 60-30% oxidu křemičitého téměř nevyskytuje. Je to dáno tím, že oxid křemičitý reagoval s dalšími prvky v tavenině a společně se podílí na stavbě minerálů složitějších, ne čistého SiO2. Zajímavé je rovněž, to že minerál olivín je jakýmsi protipólem křemene. Oba minerály se spolu v jedné hornině (až na pár vzácných výjimek) nevyskytují a jsou typičtí vždy pro jeden krajní typ horniny - bazické (olivín) či kyselé (křemen). Tyto dva minerály nám tedy mohou pomoci rychle se zorientovat v chemismu dané horniny.

 
 

K přesné identifikaci magmatických hornin využíváme složitější schémata a diagramy, přičemž ve většině případů se neobejdeme bez laboratorních měření, analýz a přepočtů. Tím se zde, alespoň pro zatím, zabývat nebudeme. Mám ovšem v plánu v budoucnu tuto rubriku rozšířit o články o konkrétních typech hornin, ve kterých se na některé diagramy určitě podíváme. Omluvte prosím i fakt, že je v tomto článku jen malé množství obrázků, na kterých by se dalo některé odstavce dobře ilustrovat. V budoucnu bych to chtěl napravit.

 
 

V tomto článku jsem se pokusil jednoduše popsat charakter magmatických hornin. Zaměřil jsem se přitom zejména na vulkanické a plutonické horniny, ale již na začátku jsem se zmiňoval také o horninách žilných. Žilné magmatické horniny, jak už název napovídá, tvoří žíly (tzn. výplň puklin mezi dvěma staršími horninovými celky). Chladnutí v takovýchto puklinách probíhá většinou rychle, takže bychom očekávali, že velikost krystalů nebude nijak závratná. V České republice se můžeme nejčastěji setkat s několika typy žilných hornin (zatím se jimi ale nebudeme zabývat). Uvedu snad jen dva důležité typy žilných hornin a to jsou aplit a pegmatit.

Pegmatite

Jako pegmatit označujeme žilné magmatické horniny s krystaly většími než 2mm.
Mezi typické minerální zástupce patří živce, křemen a muskovit (někdy také turmalín).
 
 
 
 
 

Rozdíl mezi aplitem a pegmatitem je jednoduchý. Žilné horniny s velikostí krystalů do 2 mm nazýváme aplity, nad 2 mm pak pegmatity. Nenechte se ale zmást. Ve skutečnosti v pegmatitech můžeme najít i několikanásobně větší krystaly (v celosvětovém měřítku můžeme hovořit i o řádech jednotek či desítek metrů!). I některé pegmatity v ČR patří mezi významná ložiska a zdroje vzácných prvků (např. lithia) a jsou také velmi vyhledávanými zdroji krystalovaných sbírkových ukázek pro sběratele minerálů.

 

 
Graphic texture (micro-capture)
Pro pegmatity je typická ztv. grafická (písmenková) textura.
Nejde o nic jiného než o prorůstání krystalů křemene a živce.
Šířka záběru 5mm.

Článek shrnuje základní znaky magmatických hornin. 

Identifikací konkrétních hornin se budeme dále zabývat.

Později přibude více fotografií hornin z terénu a také z polarizačního mikroskopu.