Pegmatyt

Struktura i tekstura

Pegmatyty 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

• 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, danalit, laurentthomasyt 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),
• muskowit z Indii (kopalnia Inikurti w Nelluru (ponad 5 metrów średnicy i waga 85 ton),
• beryl z Madagaskaru (18 metrów długości),
• kwarc dymny z Kazachstanu – długość 7,5 metra, szerokość 1,6 metra i waga 70 ton.

Największe okazy znalezione w Polsce to:

• kwarc dymny (morion) ze Strzegomia (ok 60 cm długości),
• kwarc dymny z Jawora – 64 cm długości,
• kwarc dymny z okolic Jeleniej Góry – 1 metr.

Granitoidowe

Występują 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:

Agpaitowe

Pegmatyty agpaitowe 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. 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

Jest 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)

Powstają 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 lub w Wirach.

Anatektyczne

Powstają 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.

Model genetyczny Fersmana

Opublikowany w 1940 roku przedstawia etapy powstawania poszczególnych rodzajów pegmatytów granitowych:

• Etap magmowy – geofaza A, magmowa, krystalizacja granitu ze słońcami turmalinowymi.
• Etap pomagmowy – etap krystalizacji ze stopu resztkowego (3 fazy – stała, ciekła i gazowa)
  • geofaza B – skała aplitowa z ziarnami almandynu i magnetytu
  • geofaza C – pegmatyt z przerostami pismowymi.
• Etap pneumatolityczny – krystalizacja z roztworu gazowo-ciekłego (2 fazy – ciekła i gazowa)
  • geofazy D i E – pegmatyt kwarcowo-skaleniowy i strukturze blokowej z występującymi w nim miarolami. Występują szerlit, topaz, muskowit i beryl.
• Etap hydrotermalny – krystalizacja z roztworu hydrotermalnego (3 fazy – stała, ciekła i gazowa)
  • geofazy H, I i K – powstaje serycyt, fluoryt, węglany i siarczki oraz zeolity.
• Etap hipergeniczny – powstaje kaolinit, kalcyt, chalcedon oraz inne minerały hipergeniczne (minerały wtórne).

Aktualne hipotezy

• Z magmy resztkowej bogatej w składniki lotne i wodę – 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.
• Ze stopu magmowego – 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

Podział ten obejmuje pegmatyty intragranitowe (wewnątrz intruzji) lub bez przestrzennego związku z granitami w skałach metamorficznych.

• 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.