6. elıadásA FÖLDKÉREG LEGFONTOSABB

KİZETALKOTÓ ÁSVÁNYAI:A SZILIKÁTOK

IX. osztály. SZILIKÁTOKA leggyakoribb magmás és metamorf

kızetalkotó ásványokA földkéreg felépítésében a szilikátoknak messzemenıen uralkodó

szerepük van (a földkéreg mintegy 75%-át alkotják). Másrészrıl azásványok kb. 1/3-a a szilikátok osztályából kerül ki.

A szilikátok felépítésének váza alapvetıen SiO4-tetraéderek hálózatábóláll. Az SiO4-tetraéderekre jellemzı, hogy egymás között közvetlenkapcsolatot képezhetnek, polimerizálódhatnak. Ez a szilikátszerkezetekfelépítésének sajátossága és osztályozásuk az alapja.

Fontos az Al kettıs szerepe a szilikátszerkezetekben: helyettesítheti a Si-ta szilikát-tetraéderben (ilyenkor tetraéderes koordinációjú), illetve máskationokkal együtt a rács semlegesítésében vesz részt (ilyenkor hatoskoordinációjú).

Gyakori az izomorf elemhelyettesítés, mely az ionrádiuszon kívül akoordinációs képességtıl függ nagy mértékben. A kationok közülleggyakrabban az Al, Fe, Mg, Na, Ca jelenik meg aszilikátszerkezetekben. Sokszor a fölös pozitív vegyértékeket továbbianion, (a pótanion) egyenlíti ki. Ezek legtöbbször a F, Cl, O, OH.

IX. A. alosztály. Nezoszilikátok

Szerkezetükben az SiO4-tetraéderek önállóan, szigetszerően helyezkednekel (szigetszilikátok). Egymással közvetlenül nem, csak kationokonkeresztül kapcsolódnak össze ionos kötéssel. Jellemzı az atomcsoportokszoros illeszkedése, melynek eredménye az ide tartozó ásványokviszonylag nagy sőrősége és keménysége.

Olivin-csoport (rombos)Fayalit Fe2(SiO4)

Forsterit Mg2(SiO4)

MAGMÁS KİZETALKOTÓK

Gránát-csoport (köbös)

Pirop Mg3Al2(SiO4)3

Almandin Fe3Al2(SiO4)3

Grosszulár Ca3Al2(SiO4)3

Andradit Ca3Fe2(SiO4)3

Az elméleti végtagoknak megfelelıkémiai összetétel a természetben ritka,sokkal gyakoribbak az izomorfelegykristályok. Korlátlan elegyedésazonban nem lehetséges az összes tagesetén.

grosszulár

andradit almandin

METAMORF ÉS MAGMÁS KİZETALKOTÓK

Andaluzit-csoport

Sillimanit - Al2O(SiO4); rombos

Andaluzit - Al2O(SiO4); rombos

Kianit - Al2O(SiO4); triklin

A kianitnál figyelemre méltó a keménységirányok szerinti változása (anizotópiája).

Metamorf kızetek gyakori kızetalkotóásványai. Tekintettel arra, hogy ezek apolimorf ásványok a hımérséklet ésnyomás függvényében más és mástartományokban stabilisak, alkalmassáteszi ıket arra, hogy megállapítsuk azt,hogy a metamorf kızet milyenhımérséklet–nyomás tartománybankeletkezett.

andaluzit

kianit

METAMORF KİZETALKOTÓK

IX. B. alosztály. Szoroszilikátok

Az SiO4-tetraéderek közvetlen kapcsolódással 2-, 3-, 4-,6-os, (ritkábban még több tagból álló) csoportokkáfőzıdnek össze (csoportszilikátok). A két SiO4 -tetraéder összekapcsolódásával létrejövı (Si2O7)

6-

csoportok a szoroszilikátokra jellemzık.

Epidot-csoport (monoklin)Klinozoisit Ca2(Al,Fe3+)Al2(SiO4)(Si2O7)(O,OH)Epidot Ca2(Fe3+,Al)3(SiO4)(Si2O7)(O,OH)Zoisit Ca2Al3(SiO4)(Si2O7)(O,OH) (rombos)

Kristályaik jellemzı termetét anyúlt prizmák határozzák meg.Metamorf és magmáskızetek gyakori kızetalkotóásványai. epidot

zoisit

METAMORF ÉS MAGMÁS KİZETALKOTÓK

IX. C. alosztály. CikloszilikátokA cikloszilikátok SiO4-tetraéderek győrő

alakú összekapcsolódásából állócsoportokat tartalmaznak, melyekbena Si : O arány 1 : 3 (győrőszilikátok).A leggyakoribb cikloszilikátok hatosgyőrőket tartalmaznak.

Berill - Be3Al2Si6O18; hexagonális

Szerkezetében a hatos Si6O18 győrőkrétegszerően helyezkednek el a (0001)síkkal párhuzamosan. Legfontosabbelıfordulásai pegmatitokhozkapcsolódnak. Értékesekdrágakıváltozatai: smaragd,akvamarin, heliodor.

smaragd akvamarin

Turmalin-csoport (trigonális)Elbait Na(Li0,5Al0,5)3Al6(BO3)3Si6O18(OH)3F

Drávit NaMg3Al6(BO3)3Si6O18(OH)3(OH)

Sörl NaFe2+3Al6(BO3)3Si6O18(OH)3(OH)

A berillhez hasonlóan Si6O18 győrők vannak a szerkezetében. A győrők közöttrétegszerően elhelyezkedı BO3 planáris csoportok találhatók. A turmalinokkemizmusa eléggé összetett. A turmalin-csoport tagjai gránitok,gránitpegmatitok, illetve magas hımérsékleten képzıdött hidrotermás telérekelterjedt ásványai. Gyakran megjelennek metamorf képzıdményekben, éstörmelékes üledékekben.

elbait színzónásság sörl

METAMORF ÉS MAGMÁS KİZETALKOTÓK

IX. D. alosztály. Inoszilikátok

Szerkezetükben az SiO4-tetraéderek közös oxigénekkel,egyirányú kapcsolódással lánccá főzıdnek(láncszilikátok). A láncokat kationok kötik össze.A láncszerkezető kristályok nyúlt-oszlopos, vagytős kifejlıdésőek. A láncok hosszirányban jólhasadnak. Leggyakrabban kétféle típusúlánckapcsolódás jön létre: a 2-es periodicitásúegyes lánc, melyben a gyök (Si2O6)

4–, illetve a 2-esperiodicitású kettıs lánc (vagy szalag), melyben a

gyök (Si4O11)6–. Ritkábban többszörös (hármas,

négyes, hatos) láncok is létesülhetnek, melyekátmenetet képviselnek a filloszilikátok felé.

A kızetalkotó ásványok két fontos csoportja tartozikide: az egyes láncú piroxének, és a kettıs láncúamfibolok. Magmás és metamorf kızetek roppantgyakori kızetalkotói.

piroxén-szerkezet

amfibol-szerkezet

Piroxén-csoportA piroxének általános képlete: M1M2T2O6, ahol az M1

(oktaéderes koordinációjú kationokat (általában Mn2+,Al, Mg, Fe2+, Fe3+), az M2 6-os, 7-es vagy 8-askoordinációjú kationokat (Na, Ca, Li, Mn2+, Mg, Fe2+,Al, Cr, Ti), míg T tetraéderes koordinációjú kationokat(Si, Al) jelöl. A piroxének csoportosítása kristálykémiaialapon történik. A kristályszerkezettel magyarázható apiroxének jellegzetes {110} szerinti jó hasadása (ahasadási síkok által bezárt szög 87°).

Amfibol-csoportAz amfibolok általános képlete: AB2C5T8O22(OH)2, ahol

elsısorban a következı ionok foglalják el a pozíciókat:A = (üres hely), Na, K,B = Na, Ca, Mg, Fe2+, Mn2+, Li,C = Mg, Li, Fe2+, Mn2+, Al, Fe3+, Mn3+, Ti4+

T = Si, Al, OH = OH, O, F, ClAz amfibolok csoportosítása a B pozíció elemi minıségeszerint történik. A kristályszerkezettel magyarázható azamfibolok jellegzetes {110} szerinti jó hasadása (ahasadási síkok által bezárt szög 124°).

MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

Hasonlóságok és különbségek a piroxének és azamfibolok között

A legtöbb piroxén és amfibol monoklin rendszerben kristályosodik, demindkét csoportban vannak rombos szimmetriájú ásványok is.

Mindkét csoportban hasonló kationok jelennek meg. Amíg azonban azamfibolok pótanionként tartalmaznak (OH)-csoportot, addig ez apiroxénekbıl hiányzik.

A kristályok termete a piroxéneknél inkább zömök prizmás, míg azamfiboloknál nyúlt prizmás, sıt gyakran tős vagy finom szálas(azbeszt megjelenéső). A két csoportnál a hasadásban tapasztalhatójellegzetes különbség szerkezeti okokra vezethetı vissza.

A piroxének magasabb hımérsékleten, bázisosabb magmábólkristályosodnak. Az amfibolok inkább a könnyenillókban gazdag,intermedier vagy savanyú magmákból válnak ki. Emellett Fe- és Mg-gazdag metamorf kızetekben is otthonosak.

Ha víz is van jelen a magmás olvadékban vagy a metamorf fluidumokban,akkor a korábbi képzıdéső piroxének a fluidumokkal reagálva igenkönnyen amfibolokká alakulhatnak át.

MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

A leggyakoribb piroxénekKalcium-magnézium-vas piroxének (monoklin)Diopszid CaMg[Si2O6]Hedenbergit CaFe2+[Si2O6]Augit (Ca,Mg,Fe2+,Fe3+,Al,Ti)2[(Al,Si)2O6]Magnézium-vas piroxének (rombos)Ensztatit Mg2[Si2O6]Ferroszilit Fe2[Si2O6]

diopszid

ensztatit

„hipersztén” augit

MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

A leggyakoribb amfibolok

Kalcium-amfibolok (monoklin)

Tremolit - Ca2Mg5[Si8O22](OH)

Aktinolit - Ca2(Mg,Fe2+)5[Si8O22](OH)

Hornblende-félékMagneziohornblende -Ca2(Mg,Fe2+)4Al[AlSi7O22](OH)2

Ferrohornblende -Ca2(Fe2+,Mg)4Al[AlSi7O22](OH)2

magneziohornblende

aktinolit

tremolit

MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

IX. E. alosztály. Filloszilikátok

Az SiO4-tetraéderek két irányban történıösszekapcsolódásával végtelen réteg jön létre(rétegszilikátok), melynek gyöke (Si2O5)

2– . A töltésekkiegyenlítésére ehhez a tetraéderes réteghezoktaéderes koordinációjú kationok, illetve ezekenkeresztül további rétegek kapcsolódhatnak. A rétegekváltakozásával kialakuló leggyakoribbrétegkomplexumok a következık: legegyszerőbb a

t-o rétegkomplexum. Ha az oktaéderes réteg másikoldalán is megjelenik egy tetraéderes réteg, akkor t-o-trétegkomplexumot kapunk. Végül a t-o-trétegkomplexumok között rétegközi kationok, vagy pl.vízmolekulák is megjelenhetnek (csillám-szerkezet).

A filloszilikátok jellemzı tulajdonságai:rétegkomplexumokkal párhuzamosan kitőnı hasadás,kis keménység, kis sőrőség. Kristályaik lemezesek,vékony táblásak, a pikkelyek többnyire rugalmasak,ritkábban merevek.

A legfontosabb filloszilikátok

Csillám-csoportSzerkezetükben két tetraéderes réteg között egy

oktaéderes réteg található (t-o-t rétegkomplexum).Ezeket rétegközi kationok kötik össze. Ennek oka,hogy a tetraéderes rétegben a Si egy részét Alhelyettesíti, így negatív töltéstöbblet jelentkezik at-o-t rétegkomplexumok felületén. Elterjedtkızetalkotó ásványok: elsısorban metamorf,kisebb mértékben magmás kızetek, és törmelékesüledékek elegyrészei.

Muszkovit - KAl2�[AlSi3O10](OH)2

Biotit-sorFlogopit - KMg3[AlSi3O10](OH)2

Annit - KFe3[AlSi3O10](OH)2

annit muszkovit

MAGMÁS, METAMORF ÉS ÜLEDÉKES KİZETALKOTÓK

A legfontosabb filloszilikátokGlaukonit-sor

(K,Na)(Mg,Fe2+)0,33(Fe3+,Al)1,67[(Si,Al)4O10](OH)2

Illit-sor - [K,(H3O+)]Al2[Si3AlO10](OH)2

Rétegközi pozíciókban számos kationt (jellemzıen K-ot)tartalmaznak. Makroszkóposan földes vagy agyagszerőmegjelenésőek. Kristályaik nagysága nem nagyobb mint2–6 µm. Az agyagásványok közé tartoznak. Üledékeskızetek, egyes metamorfitok és talajok fontoskomponensei.

Szmektit-csoport (monoklin)Montmorillonit (Na,Ca0,5)0,33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2 . nH2ONontronit (Na,Ca0,5)0,33(Fe3+,Al)2(Si,Al)4O10(OH)2 . nH2ORétegközi helyzetben kationokat és vizet tartalmaznak. A

lazán kötött vízmolekulák sokféle kationnal kicserélhetık,a víz mennyisége jelentısen megnövekedhet a szerkezetösszeomlása nélkül. Makroszkóposan földes vagyagyagszerő megjelenésőek, kristályaik roppant kisméretőek, 1–4 µm-esek. Üledékes kızetek és talajokgyakori kızetalkotó ásványai.

glaukonit

montmorillonit

ÜLEDÉKES ÉS MAGMÁS KİZETALKOTÓK

A legfontosabb filloszilikátokKaolinit - Al2Si2O5(OH)4; triklin

Halloysit - Al2Si2O2(OH)4 . H2O; monoklin, triklin

Szerkezetük alapja a t-o rétegkomplexum. Víz-vagy (OH)-tartalmukat 500 °C-tól kezdıdıenvesztik el (kerámiaipar). Magmás és üledékeskızetek, illetve talajok jellemzı kızetalkotói.Földpátok és csillámok mállásából nagymennyiségben keletkeznek.

Szerpentin-csoport

Antigorit Mg3Si2O5(OH)4; monoklin

Lizardit Mg3(Si,Al)2O5(OH)4; rombos

Krizotil Mg3Si2O5(OH)4; monoklin, rombosSzerkezetük alapja a t-o rétegkomplexum, de atetraéderes és oktaéderes rétegek között nincs jóilleszkedés

kaolinit

krizotil (azbeszt)

MAGMÁS ÉS ÜLEDÉKES KİZETALKOTÓK

METAMORF KİZETALKOTÓK

IX. F. alosztály. Tektoszilikátok

Szerkezetükben az SiO4-tetraéderek minden oxigénje szomszédos SiO4-tetraéderekhez kapcsolódik, így a tér mindhárom irányába végtelenháromdimenziós hálózat jön létre (térhálós szilikátok). A szilikát-tetraéderekben a Si-ot gyakran Al helyettesíti, melynek eredményeként arács semlegesítéséhez további kationok belépése szükséges. Így attólfüggıen – hogy hány Si-t helyettesít Al, vagy milyen kationnal történik asemlegesítıdés, vagy az SiO4- és AlO4-tetraédereknek a térben milyenelrendezıdése van – számos szerkezeti típus jön létre.

A tektoszilikátok közé sok igen gyakori ásvány tartozik. Közöttük vannak aföldpátok, melyek az összes ásványok között a legnagyobb mennyiségbenjelennek meg a földkéregben, annak mintegy 60%-át alkotják! A földpátokmellett a zeolitok is nagy elterjedésőek és gazdasági szempontból igenjelentıs ásványok.

A tektoszilikátok csoportosításának alapja a zeolitos víz jelenléte vagy hiánya.A zeolitos víz nélküli tektoszilikátokat a pótanion megléte vagy hiánya,illetve a Si : Al arány alapján osztályozzuk. A zeolitos vizet tartalmazótektoszilikátokat alapvetıen a kristályszerkezet alapján soroljuk csoportokba.

A legfontosabb tektoszilikátokA földpátpótlók

Nefelin - (Na,K)(AlSiO4); hexagonálisLeucit - K(AlSi2O6); tetragonális, köbösA földpátpótlók akkor keletkeznek a

magmaolvadékból, amikor nem elég az SiO2

mennyisége a földpátok keletkezéséhez.Elsısorban alkáliákban gazdag kızetekjellemzı kızetalkotó ásványai.

nefelin leucit

MAGMÁS KİZETALKOTÓK

A legfontosabb tektoszilikátokA földpátokA földpátok nagy többsége a NaAlSi3O8 (albit)

– KAlSi3O8 (ortoklász) – CaAl2Si2O8(anortit) háromkomponenső rendszerbetartozik. A NaAlSi3O8 – KAlSi3O8 sorozattagjai az alkáliföldpátok, míg aNaAlSi3O8 (albit) – CaAl2Si2O8 (anortit)sorozat tagjai a plagioklászok.

A földpátok sokszor alkotnak ikreket.Legfontosabb ikrek: karlsbadi iker, azikertengely a [001] zónatengely,összenövési sík a (010); bavenoi ésmanebachi iker. Az albit- és periklin-iker csak triklin földpátoknál ismert. Azalbit típusú ikreknél gyakoriak apoliszintetikus ikrek, melynél sok egyénkerül ikerhelyzetbe.

A földpátok a magmás és metamorf kızetekmessze legfontosabb kızetalkotói.

MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

A legfontosabb tektoszilikátokAlkáliföldpátok

Szanidin - (K,Na)AlSi3O8; monoklinMikroklin - KAlSi3O8; triklinOrtoklász - KAlSi3O8; monoklin

Az albit és szanidin részben elegyedhetnekegymással, a két fázis szubmikroszkóposméretekben azonban elkülönül egymástól,ezt kriptopertit struktúrának mondjuk. Azalbit–ortoklász és az albit–mikroklinelegyedése még korlátozottabb. Ennek aszételegyedési folyamatnak az eredménye amikropertit. Ha szabad szemmel is láthatóa szételegyedés, akkor makropertitrıl,vagy pertitrıl beszélünk.

ortoklász

szanidin mikroklin(amazonit)

(adulár)

MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓKkriptopertit-struktúra

A legfontosabb tektoszilikátokPlagioklász földpátok

Albit - NaAlSi3O8; triklin

Oligoklász., Andezin,,

Labradorit, Bytownit

Anortit - CaAl2Si2O8; triklin

A plagioklász földpátokhoz azalbit–anortit izomorf elegysor tagjaitartoznak. Képzıdésük alapján, kétsorozatot különböztetünk meg: 1/ magashımérsékleten keletkezettek, itt folyamatosaz elegyedés; 2/ alacsony hımérsékletenkeletkezettek, melyek viszont nemmutatnak folyamatos elegyedést. Azoptikai és fizikai sajátságok jól mérhetıenváltoznak az Ab–An tartalomfüggvényében.

albit

MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

Plagioklász földpátokA plagioklászoknál a szételegyedéseknek

többféle típusát ismerjük: Periszterit-típusú szételegyedés az An2 – An15

tartományban. Ezek a sőrőn,párhuzamosan elhelyezkedı lamellákokozzák az ún. holdkı-effektust; 2/Bøggild-típusú szételegyedés An47 – An58

közötti tartományban jön létre. Ennekjelenléte okozza az ún. labradorizálást.

Kiömlési magmás kızetek plagioklászaigyakran zónásak, a kristályok belsejeanortitban, míg szegélye albitban gazdag.

A földpátokból hidrotermás hatásraelsısorban zeolitok képzıdnek. Felszínikörülmények között viszont legtöbbszöragyagásványok (kaolinit, montmorillonit,illit, halloysit) keletkeznek belılük.

labradorit holdkı

zónás plagioklász

MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

A legfontosabb tektoszilikátokA zeolitokA tektoszilikátok sajátos csoportja, melyekben

az SiO4- és AlO4-tetraéderek oly módonkapcsolódnak össze széles variációkban,hogy a rácsban csatorna vagy kalitka alakú,üregrendszerek találhatók. Üregesrácsukban lévı, adszorpciósan kötött, ún.zeolitos víz, már enyhe hevítésseleltávolítható anélkül, hogy a rácsösszeomlana. Üregeikben meghatározottmérető molekulákat, ionokatadszorbeálhatnak, így molekula- vagyionszőrıként használhatók (szelektívadszorpció). A rácsváz hézagaiban lévıinaktív kationok onnan eltávolíthatók, ésmás fémionnal kicserélhetık.

Csoportosításuk a szilikátváz elrendezıdésealapján történik: így vannak lánc-, réteg- éskalitka-szerkezető zeolitok.

MAGMÁS ÉS ÜLEDÉKES KİZETALKOTÓK

A legfontosabb zeolitokLáncszerkezető zeolitokNátrolit - Na2[Al2Si3O8] . 2H2O; rombosAnalcim - Na[AlSi2O6] . H2O; köbösPhillipsit-Na - (Na,K,Ca0,5,Ba0,5)x[AlxSi16-xO32] . 12H2O; monoklinRétegszerkezető zeolitokHeulandit-Ca - (Ca0,5,Sr0,5,Ba0,5,Mg0,5,Na,K)[Al9Si27O72] . ≈24H2O; monoklinKlinoptilolit-K - (K,Na,Ca0,5,Sr0,5,Ba0,5,Mg0,5)6[Al6Si30O72] . ≈20H2O; monoklinSztilbit-Ca - (Ca0,5,Na,K)9[Al9Si27O72] . 28H2O; monoklinKalitkaszerkezető zeolitokKabazit-Ca - (Ca0,5,Na,K)4[Al4Si8O24] . 12H2O; áltrigonális

nátrolit heulandit kabazit

MAGMÁS ÉS ÜLEDÉKES KİZETALKOTÓK