Kalciokarbonatit
Kategória: Plutonické
Typ: Sövit.
Všeobecné: Karbonatit patrí k exotickým magmatickým horninám, ktorých výskyt nie je častý. Napriek vysokému obsahu alkalických prvkov nepatrí medzi alkalické horniny. Najčastejšie sa vyskytuje v malých intruzívnych komplexoch spoločne s alkalickými silikátovými horninami, ako nefelinické syenity, ijolity a/alebo urtity. Za karbonatit sa považuje hornina s modálnym obsahom primárnych karbonátových minerálov väčším ako 50 %. Karbonatit môže byť hornina plutonická alebo vulkanická. Na základe minerálneho zloženia karbonátových minerálov rozoznávame viacero typov karbonatitov (Streckeisen, 1978). Kalciokarbonatit (kalcitový karbonatit) je tvorený hlavne kalcitom. Jeho hrubozrnná varieta je sövit a jemno- až strednozrnná varieta alvikit. V dolomitovom karbonatite prevláda dolomit. Používa sa pre neho tiež označenie beforsit. Ferokarbonatit obsahuje karbonáty železa a natrokarbonatit sa skladá najmä zo sodných, draselných a vápenatých karbonátov. Pre natrokarbonatit sa niekedy používa miestny názov lengait, podľa lokality výskytu – vulkánu Oldoinyo Lengai v Tanzánii. Je to zároveň aj jediné miesto výskytu tohto typu karbonatitu na svete. K hlavným minerálom natrokarbonatitov patria gregoryit a nyerereit.
Pôvod názvu: Názov karbonatit sa prvýkrát objavil v práci od Bröggera v roku 1921 (Brögger, 1921), kde opísal karbonatit ako magmatickú horninu z komplexu Fen, v oblasti Telemark v Nórsku. Brögger bol prvým zástancom magmatického pôvodu karbonatitov a lokalita Fen sa stala typovou lokalitou, ktorá je dnes chránená. Definitívne bol magmatický pôvod karbonatitov geologickou verejnosťou prijatý až keď bola pozorovaná erupcia natrokarbonatitovej lávy z vulkánu Oldoinyo Lengai v Tanzánii v roku 1960.
Lokalita: Evate, štruktúra Monapo, provincia Nampula, Mozambik (vzorku daroval P. Hvožďara).
GPS: 14°52'52.61" S 40°12'59.57" E
Hlavné minerály: Kalcit, dolomit, fluórapatit, flogopit, spinel, magnetit, ilmenit, geikielit, olivín, amfibol, diopsid.
Akcesorické minerály: Monazit, baddeleyit, zirkón, zirkonolit, allanit, sulfidy (pyrit, pyrotit, chalkopyrit), cerianit, thorianit, sulfáty (barit, sadrovec, celestín, anhydrit) (Hurai et al., 2017; Gajdošová 2016).
Klasifikácia: Karbonatit sa klasifikuje na základe modálneho obsahu karbonátových minerálov. Ak nie je možné určiť modálne zloženie kvôli jemnozrnnosti horniny, alebo ak sú karbonáty kompletným Ca-Fe-Mg tuhým roztokom klasifikujeme ich na základe celohorninovej chemickej analýzy. Chemická klasifikácia sa používa iba pre karbonatity s obsahom SiO2 do 20 hmot. % (Woolley a Kempe, 1989). Táto klasifikácia je založená na hmot. % oxidov MgO, FeO, Fe2O3, MnO a CaO. Trojuholníkový diagram obsahuje polia kalciokarbonatitu (CaO), magneziokarbonatitu (MgO) a ferokarbonatitu (FeO+ Fe2O3+MnO). Ak je obsah SiO2 viac ako 20 hm. %, horninu označujeme ako silikokarbonatit. Detailnejšie klasifikácie karbonatitov sú uvedené v prácach Harmer a Gittins (1997) a Le Bas (1999). Tieto klasifikácie a nomenklatúry nie sú viazané na spôsob genézy. Kalciokarbonatit je aj chemicky definovaná varieta karbonatitu kde je obsah CaO/(CaO+MgO+FeO+Fe2O3+MnO)>0,8. Obsahy oxidov sú v hmot. %. V karbonatite z Evate prevláda v modálnom zložení kalcit a preto sa jedná o kalciokarbonatit a pomer CaO/(CaO+MgO+FeO+Fe2O3+MnO)=0,92.
Farba: Biela, šedá, ružová.
Textúra: Kompaktná, masívna.
Zrnitosť: Stredne (1 mm – 3 mm) až hrubozrnná (3 mm – 1 cm).
Štruktúra: Faneritická s minerálmi voľne identifikovateľnými voľným okom (apatit, magnetit, olivín, flogopit a sulfidy).
Premeny: Neboli pozorované žiadne premeny.
Petrografická charakteristika: Je to stredne až hrubozrnná hornina preto ju môžeme nazvať aj sövit. Základná hmota kalciokarbonatitu je tvorená karbonátmi - kalcitom a dolomitom. Voľným okom je pozorovateľný apatit, flogopit, magnetit a sulfidy. Dolomit vytvára exsolúcie v kalcite, ktoré sú pozorovateľné len pri mikroskopickom štúdiu.
Využitie: Karbonatity obsahujú minerály, ktoré môžu byť obohatené prvkami s veľkým ekonomickým potenciálom, ako napríklad REE prvky, Nb, U, Ta, Ba, Sr, V, Th, U, Zr, Cu (Winter, 2010), ale aj Fe, F, Pt, PGE prvky (prvky zo skupiny platiny). Ďalšími prvkami, ktoré majú ekonomický potenciál sú Zn, Ti, Y, Mo, Mn, S. Čoraz viac sa využívajú aj na ťažbu fosforečnanov. Môžu byť aj zdrojom sľúd a vermikulitu. Medzi významné v súčasnosti ťažené karbonatitové ložiská patria komplex Bayan Obo vo Vnútornom Mongolsku (minerály obohatené o REE a Nb), komplex Oka (minerály obohatené o Nb) a Saint Honoré (minerály obohatené o Nb-Ta) v Quebecu, Iron Hill v Colorade (minerály obohatené o Fe), Magnet Cove v Arkansase (minerály obohatené o Ti), Mountain Pass v Kalifornii (minerály obohatené o REE a Cu), ložisko Jacupiranga v Brazílii ťažené na fosfáty, komplex Kovdor v Rusku ťažený na Fe rudu, sľudy a vermikulit, Mount Weld (minerály obohatené o REE), Mud Tank (ťažené na vermikulit a zirkón) v Austrálii.
Literatúra: Brøgger, W. C., 1921: Die Eruptivgesteine des Kristianiagebietes: IV. Das Fengebiet in Telemark, Norwegen. Norske Vindenskapsakademi i Oslo Skrifter I Mat-Nat Klasse 1920, 9, Kristiania, 408 pp. Gajdošová, M., 2016: Termometria a mineralógia karbonatitov z ložiska Evate v Mozambiku. (Diplomová práca). Univerzita Komenského v Bratislave. 94 pp. (in Slovak). Harmer, R. E., Gittins, J., 1997: The origins of dolomitic carbonatites: field and experimental constraints. J. Afr. Earth Sci. 25, 5-28. Hurai, V., Paquette, J.-L., Huraiová, M., Slobodník, M., Hvožďara, P., Siegfried, P., Gajdošová, M., Milovská, S., 2017: New insights into the origin of the Evate apatite-iron oxide-carbonate deposit, Northeastern Mozambique, constrained by mineralogy, textures, thermochronometry, and fluid inclusions. Ore Geology Reviews, 80, 1072-1091. Le Bas, M. J., 1999: Sövite and alvikite: two chemically distinct calciocarbonatites C1 and C2. South Africa. Journal of Geology, 102, 109-121. Mourão, C., Mata J., Doucelance, R., Madeira, J., da Silveira, Silva, L.C., Moreira, M., 2010,: Quaternary extrusive calciocarbonatite volcanism on Brava Island (Cape Verde): A nephelinite-carbonatite immiscibility product. Journal of African Earth Sciences, 56, 59-74. Streckeisen, A., 1978: IUGS Subcommision on the Systematics of Igneous Rocks. Classification and nomenclature of volcanic rocks, lamprophyres, carbonatites and melilite rocks. Recommendatiins and suggestions. Neues Jahrbuch für Mineralogie. Stuttgard. Abhandlungen. 143, 1-14. Winter, J. D., 2010: An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Second Edition. Prentice Hall, New Jersey, 702 pp. Woolley, A. R., Kempe, D. R. C., 1989: Carbonatites: Nomenclature, average chemical composition, and element distribution. In Bell, K. (ed.), Carbonatites, Genesis and Evolution. Unwin Hyman. London, 1-14. Zaitsev, A.N., Williams, C.T., Jeffries, T.E., Strekopytov, S., Moutte, J., Ivashchenkova, O.V., Spratt, J., Petrov, S.V., Wall, F., Seltmann, R., Borozdin, P., 2014: Rare earth elements in phoscorites and carbonatites of the Devonian Kola Alkaline Province, Russia: Examples from Kovdor, Khibina, Vuoriyarvi and Turiy Mys complexes. Ore Geology Reviews, 61, 204-225.
Mikrofotografie
Panalotriomorfná štruktúra karbonatitu je tvorená hlavne kalcitom – Cal, v ktorom sa nachádzajú exsolúcie dolomitu – Dol, olivínom - Ol a apatitom – Ap. Kalcit je pri jednom nikole priehľadný, bez pleochroizmu a má viditeľnú výbornú štiepateľnosť podľa klenca, vpravo od apatitu. V skrížených nikoloch má vysoké pastelové interferenčné farby zodpovedajúce vysokému dvojlomu. V skrížených nikoloch sa dobre pozoruje aj dvojčatné lamelovanie, vznikajúce pri zvýšenom tlaku, ktoré je zviditeľnené pestrými farbami. Apatit je s krížených nikoloch čierny (vľavo od olivínu), lebo je to rez kolmý ku kryštalografickej osi a preto sa javí ako izotrópny. Ostatné rezy apatitu majú veľmi nízku, tmavosivú interferenčnú farbu. Vzácny akcesorický baddeleyit (ZrO2) je pri jednom nikole hnedý a v skrížených nikoloch má vysokú interferenčnú farbu, ktorú prekrýva jeho vlastná farba. Nápadný je výrazným vysokým reliéfom. Šírka všetkých mikrofotografií je 2,2 mm.
Normatívne zloženie
Karbonatit z lokality Evate je plutonická SiO2 nedosýtená hornina. Nedosýtenie kremíkom sa prejavilo na prítomnosti normatívneho olivínu - ol, nefelínu - ne, leucitu - lc a kaliofylitu – kp. Vysoký obsah CaO sa premietol do vysokého obsahu normatívneho kalcitu – cc. Prebytok CO2 po vytvorení kalcitu bol zahrnutý do normatívneho magnezitu – mgs, ktorý bol zvolený preto, lebo hornina obsahuje mikroskopicky pozorovateľné exsolúcie (odmiešaniny) dolomitu. Obsah SO3 bol zahrnutý do normatívneho anhydritu – anh. Hornina má veľmi nízky obsah Al2O3, ktorý bol spotrebovaný už pri tvorbe normatívneho ortoklasu - or a albitu – ab a normatívny anortit – an už vytvorený nebol. Prebytok Na2O po vytvorení albitu bol použitý v normatívnom akmite – ac a zvyšok Fe2O3 sa umiestnil v normatívnom magnetite – mt. Vysoká koncentrácia P2O5 sa prejavila na vysokom obsahu normatívneho apatitu – ap. Normatívne zloženie kopíruje modálne zloženie horniny, ktorá je tvorená prevažne kalcitom a je bohatá na apatit. Zo silikátových minerálov sa najčastejšie v modálnom zložení vyskytuje olivín a z nesilikátových minerálov magnetit a ilmenit a menej často geikielit.
Normatívne minerály
SiO2
TiO2
ZrO2
Al2O3
Fe2O3
FeO
MnO
MgO
CaO
Na2O
K2O
P2O5
F
S
CO2
Suma
Molárna proporcia normatívneho minerálu
Molekulová hmotnosť normatívneho minerálu
Hmot. % normatívnych minerálov
Oxid
(hmot. %)
0.46
0.01
0.04
1.86
0.72
0.05
2.15
54.04
0.08
0.01
9.93
3.05
32.57
104.97
Molekulová
hmotnosť
60.08
79.88
101.96
159.69
71.85
70.94
40.31
56.08
61.98
94.20
141.95
80.06
44.01
Molárna
proporcia
0.0077
0.0001
0.0004
0.0116
0.0107
0.0007
0.0533
0.9636
0.0013
0.0001
0.0700
0.0381
0.7401
ap
0.2332
0.0700
0.0700
328.68
22.99
anh
0.0381
0.0381
0.0381
136.13
5.19
il
0.0001
0.0001
0.0001
151.75
0.02
cc
0.6924
0.6924
0.6924
100.09
69.30
mgs
0.0477
0.0477
0.0477
84.31
4.02
or´
0.0006
0.0001
0.0001
0.0001
556.67
0.06
ab´
0.0017
0.0003
0.0003
0.0003
524.46
0.15
ac
0.0040
0.0010
0.0010
0.0010
462.02
0.46
mt
0.0106
0.0106
0.0106
231.54
2.45
zvyšky
0.0000
0.0056
hy´
0.0056
0.0000
0.0056
0.0056
100.39
0.57
ol´
0.0028
0.0000
0.0056
0.0028
140.69
0.40
ne
0.0006
0.0003
0.0003
0.0003
284.11
0.08
lc´
0.0004
0.0001
0.0001
0.0001
436.50
0.05
ol
0.0028
0.0000
0.0056
0.0028
140.69
0.40
lc
0.00006
0.00002
0.00002
0.00002
436.50
0.01
kp
0.0002
0.0001
0.0001
0.0001
316.33
0.03
D: 0.0044
D1: 0.0015
D2: 0.0015
D3: 0.0004
D4: 0.0002
D5: 0.0002
D6: 0.0002
Mg/(Mg+Fe2+): 1.000
Suma hmot. % normatívnych: 104.97
Poznámka: Celkový obsah Fe, ktorý bol v chemickej analýze udávaný ako Fe2O3, bol rozpočítaný medzi FeO (30 %) a Fe2O3 (70 %). Obsah S je uvádzaný vo forme SO3, preto je aj celková suma všetkých oxidov veľmi vysoká. Obsah normatívneho anhydritu – anh bol vytvorený z molárnej proporcie SO3 a CaO v pomere 1:1. Normatívny anhydrit sa vytvoril preto, lebo hornina obsahuje modálny sadrovec. Keďže sa v normatívnom zložení nepočíta s vodnatými minerálmi, ako napríklad sadrovec (CaSO4 . 2H2O), musel byť použitý normatívny anhydrit (CaSO4, alebo CaO.SO3). Nedosýtenie horniny na SiO2 sa podarilo vyvážiť až vytvorením normatívneho kaliofylitu a leucitu spočítaním posledného deficitu D6.
Chemické zloženie
Karbonatity ako unikátne horniny sú charakterizované nízkym obsahom SiO2, vysokým obsahom volatílnych zložiek a zvýšeným obsahom Ba, Sr a ľahkých vzácnych zemín - LREE. Z hlavných oxidov má kalciokarbonatit z Evate (vzorka F 59/96) najvyšší obsah CaO (54,11 hmot. %) a MgO (2,15 hmot. %). Obsah SiO2 je nízky (0,46 hmot. %), rovnako ako aj obsah MnO (0,05 hmot. %). Obsah LOI (prchavé komponenty – H2O, CO2, F a Cl) je pomerne vysoký (29,7 hmot. %) a obsah S do 1,22 hmot. %. V bežných karbonatitoch je obsah P2O5 nízky (do 1 hmot. %), avšak kalciokarbonatit z Evate vykazuje zvýšený obsah P2O5 (9,93 hm. %), preto sa ťaží na fosfáty. Zo stopových prvkov má vysoký obsah Sr (4142 ppm) a Ba (367 ppm). Vyššie stopové obsahy dosahuje aj Y (70 ppm), V (8 ppm), Zr (13 ppm), Ni (20 ppm) a Th (20 ppm). Mierne zvýšené sú obsahy kovových prvkov ako Pb (16 ppm), Zn (3 ppm), Cu (6 ppm), Co (4 ppm), Au (1 ppm). Z REE prvkov dosahujú ľahké prvky vzácnych zemín vyššie obsahy: La (251 ppm), Ce (613 ppm), Pr (80 ppm), Nd (357 ppm), Sm (59 ppm). Obsah ťažkých prvkov vzácnych zemín HREE je nižší: Eu (13 ppm), Gd (41 ppm), Tb (3 ppm), Dy (15 ppm), Ho (2 ppm), Er (4 ppm), Tm (0,6 ppm), Yb (3 ppm), Lu (0,5 ppm) (Gajdošová 2016).
Evate, Mozambik - F 59/96
SiO2
0.46TiO2
0.01Al2O3
0.04Fe2O3
2.65MnO
0.05MgO
2.15CaO
54.04Na2O
0.08K2O
0.01P2O5
9.93LOI
29.7CO2
32.57SO3
3.05Suma
99.12Mg(Mg/Fe2+)
0.62
Obsah CO2 bol dopočítaný z celkového obsahu C a obsah SO3 bol vypočítaný z obsahu S. V celkovej sume je zahrnutá len strata žíhaním LOI.
Brava Island, Cape Verde - CY-95, extrusive calciocarbonatite
SiO2
2.03TiO2
0.18Al2O3
0.82Fe2O3
5.06MnO
0.96MgO
1.00CaO
50.04Na2O
0.20K2O
0.13P2O5
0.90LOI
37.21F
1.10Suma
99.64Mg(Mg/Fe2+)
0.28
Mourão et al., 2010
Brava Island, Cape Verde - CY-139, intrusive calciocarbonatite
SiO2
0.29TiO2
<0.001Al2O3
0.09Fe2O3
1.88MnO
0.53MgO
2.07CaO
51.01Na2O
0.07K2O
<0.01P2O5
0.37LOI
42.68F
0.14Suma
99.13Mg(Mg/Fe2+)
0.69
Mourão et al., 2010
Kovdor, Alkalická provincia Kola, Kolský polostrov, Rusko - 57/249
SiO2
1.38TiO2
0.03Al2O3
0.52Fe2O3
8.56MnO
0.16MgO
5.07CaO
45.68Na2O
0.09K2O
0.28P2O5
0.16CO2
37.09Suma
99.02Mg(Mg/Fe2+)
0.54
Zaitsev et al., 2014