Granitiniai pegmatitai – brangakmenių šaltinis

Mokslas Granitiniai pegmatitai – brangakmenių šaltinis...

Dauguma svarbių brangakmenių kokybės kristalų, tokių kaip topazai, berilai, spodumenai, granatai spesartinai, akvamarinai ir turmalinai, yra randami neįprastoje uolienoje, vadinamoje granito pegmatitais. Labiausiai žinomos radimvietės yra Brazilijoje, Madagaskare, Rusijoje ir Jungtinėse Valstijose, bet nauji svarbūs telkiniai atrasti Azijoje ir Afrikoje. Virš 50 kitų mažiau žinomų brangakmenių taip pat randami pegmatituose.

Topazas

Topazo kristalas (straipsnio autorės nuotrauka)

Granitas yra uoliena, kurią sudaro kvarcas, feldšpatai, žėrutis, bet gali turėti ir keletą procentų kitų mineralų. Pegmatitai yra apibrėžiami kaip uoliena, sudaryta iš neįprastai didelių kristalų ir turinti didelę retųjų elementų koncentraciją. Granitiniai pegmatitai dažniausiai formuojasi nedideliais nereguliarios formos kūnais, o brangakmeniai juose randami tuščiose ertmėse (jos kitaip vadinamos kišenėmis).

Dauguma brangakmenių retai randami pakankamai geros kokybės apdirbimui kitose geologinėse aplinkose nei pegmatitai. Be to, pegmatitai yra vienas iš pagrindinių retų, bet ekonomiškai svarbių elementų šaltinių - juose dažnai randami reti niobio, tantalo ir alavo oksidai, fosfatai, fluoridai, boratai ir borosilikatai.

Brangakmenių pegmatitų formavimosi procesas

Šiuo metu yra sutariama, kad granitiniai pegmatitai susiformuoja granitinės magmos kristalizacijos metu. Kadangi iš granitinės magmos pirmiausiai kristalizuojasi feldšpatai ir kvarcas, kurie negali priimti į savo gardelę retų elementų, likęs skystis pamažu praturtinamas likusiais elementais – vandens kiekis kartu su beriliu, fosforu, ličiu ir fluoru didėja ir sumažina lydymosi temperatūrą. Skystyje likę lakieji elementai stipriai padidina takumą, kristalizacijos branduolių formavimosi greitį ir cheminių elementų difuziją skystyje.

Pradinė medžiaga, reikalinga brangakmenių pegmatitui, yra silikatinė magma, praturtinta lakiaisiais ir retais elementais ir susiformavusi per granito kristalizacijos galutinius etapus. Vanduo yra pati svarbiausia laki sudėtinė dalis, tačiau kiti, tokie kaip fluoras, boras, litis, anglies dvideginis, fosforas, irgi gali būti magmoje kartu su retaisiais elementais kaip berilis, niobis, tantalas, aliuminis ir kiti. Abiejų tipų elementai gali būti pegmatitų magmose daug didesnėmis koncentracijomis nei motininėse granitinėse magmose.

Turmalinai

Turmalino kristalai (Jeffrey Morrison nuotrauka)

Tokia magma yra įspaudžiama į suskilusią uolieną viršutinėje plutos dalyje ir, temperatūrai krentant, pradeda kristalizuotis. Kai temperatūra nukrenta iki 1000 C, mineralų formavimasis prasideda išorinėse pegmatitų dalyse, kur temperatūra yra žemesnė ir kristalai gali augti nuo sienelių. Pirmi kristalizuojasi plagioklazų feldšpatai, o kvarcas ir muskovito žėrutis – išorinėje, smulkiagrūdėje zonoje. Vėliau, vidurinėje stambesnių kristalų zonoje, prisideda ir mikroklino feldšpatų kristalai kartu su papildomais mineralais – kaip spodumenas ir berilas.

Lygiagrečiai šiam procesui gali susiformuoti ir kristalai išorinėse reakcijos zonose aplink pegmatitą, jei jį supa mafinės (tamsios magminės) uolienos, turtingos geležimi ir kitais metalais. Smaragdai (žalia chromo berilo atmaina) ir aleksandritai (spalvą keičianti chromo chrizoberilo atmaina) susiformuoja Uralo tipo telkiniuose (Uralo kalnuose Rusijoje, Kafubu regione Zambijoje ir Mananjary regione Madagaskare), kur beriliu paturtinti skysčiai sąveikavo su chromo turinčiomis mafinėmis uolienomis.

Pagrindiniai cheminiai elementai pegmatitinėse magmose nulemia, kurie mineralai formuosis pirmiausiai ir dideliais kiekiais. Dėl savo struktūros tokie mineralai, kaip feldšpatai, kvarcas ir žėručiai, sunkiai priima kitus elementus – retuosius ar lakiuosius – į savo gardelę. Dėl šios priežasties, lakieji ir retieji elementai lieka magmoje ir jų koncentracija didėja. Kristalizacijai tęsiantis, vandens kiekis magmoje pasiekia įsisotinimo lygį ir, temperatūrai nukritus iki 750–650 laipsnių, atsiskiria kartu su dalimi lakiųjų ir retųjų elementų.

Turmalinai

Turmalino kristalai rasti kišenėje (nuotrauka CrossJewelers)

Šis koncentruotas tirpalas turi skirtingas savybes nei magma ir dėl to stipriai paveikia likusį kristalizacijos procesą pegmatite. Mažas tirštumas leidžia greitesnį elementų pernešimą ir kristalų augimą vidiniuose pegmatito regionuose. Didesnis kiekis lakiųjų ir retųjų elementų taip pat prisideda prie elementų persiskirstymo tarp magmos ir skysčio, nes dalis elementų teikia pirmenybę vandeniu pagrįstam skysčiui, o ne silicio magmai. Šis atsiskyrimas lemia mineralų zonų formavimąsi. Vertikalus atsiskyrimas gali būti skysčių tankio skirtumo pasekmė magmos ertmėje.

Likęs skystis, panašu, yra labai geras tirpiklis. Kristalai auga iš jo žemesnėse temperatūrose ir gali užaugti didesni nei iš magmos. Šis tirpalas taip pat turi tendenciją ištirpinti dalį jau susiformavusių mineralų, su kuriais turi kontaktą. Šis skystis greičiausiai atsakingas už didžiąją dalį antrinių mineralų, stebimų pegmatituose.

Lakiaisiais elementais praturtintas, vandeningas skystis toliau atsiskirinėja nuo magmos, kol vyksta kristalizacija, ir vidinės zonos mineralai auga tiek magmoje, tiek vandeningame skystyje. Paskutinė magma išsikristalizuoja tarp 600 ir 500 laipsnių. Po šio etapo vidinės pegmatito dalys daugiausiai užpildytos dideliais feldšpatais (ir retkarčiais spodumeno ar berilo kristalais) su keliomis izoliuotomis užsilikusio skysčio „kišenėmis“.

Paskutinis pegmatitų formavimosi etapas prasideda mineralams kristalizuojantis iš likusio skysčio. Kartu su mažėjančia temperatūra (600–400 C) ir didėjančiu vidiniu slėgiu dėl lakiųjų elementų koncentracijos skystyje didėjimo vykstant kristalizacijai, taisyklingos formos kristalai gali augti tuščiavidurėse kišenėse. Šiame etape retųjų elementų koncentracija gali pasiekti pakankamus kiekius pradėti neįprastų mineralų kristalizaciją.

Kai kuriais atvejais, ne brangakmenių lygio kokybės kristalai auga kišenės vidaus link ir beaugdami įgyja mažiau defektų turinčias aukštesnės kokybės viršūnes. Besitęsiantis kristalų augimas lemia skysčio cheminės sudėties kitimą ir tai atsispindi dalyje toliau besikristalizuojančių mineralų (tarkime turmalinuose su skirtingos spalvos zonomis). Galutinė mineralų kristalizacijos temperatūra iš skysčio gali būti tokia žema kaip 250 °C.

Per laiką kristalų kišenės evoliucionuoja. Deja, besikeičianti skysčio sudėtis kartu su mažėjančia temperatūra ir didėjančiu slėgiu gali sunaikinti didelę dalį kristalų kišenių. Be to, ankščiau susiformavę kristalai, esant kontaktui su stipriai reaguojančiu skysčiu, gali tapti nestabilūs. Tai nulemia, kad dalyje kišenių randamos tik kristalų, kurie galėjo būti aukštos kokybės, liekanos, kurios pakeistos kitais mineralais kaip lepidolito žėrutis ar molis.

Jei slėgis mažėja lėtai dėl lakiųjų elementų nutekėjimo, kristalai išlieka vientisi. Deja, dauguma stebėjimų rodo, kad skystis iš kišenės greitai išsiveržia ir taip sukelia didžiulį slėgio ir temperatūros sumažėjimą. Manoma, kad šitoks terminis šokas sukelia didžiąją dalį vidinio brangakmenių skilinėjimo bei brangakmenių skilimo į fragmentus, randamus ant kišenės apačios molyje. Skystis iš kišenės įspaudžiamas į pegmatito įskilimus, kur jis pakeičia dalį jau susiformavusių mineralų.

Pegmatito kišenė

Molio pripildytas pegmatitas, kurio apačioje gali būti randami kristalai. Iliustracija iš Kevin's Rockhounding Adventures

Kišenių susiformavimo gylis yra svarbus nuspėjant, ar įvyks kišenės skilimas, taip pat gylis lemia ar kišenės susiformuos išvis, nes jos randamos tik negiliuose ir vidutinio gylio pegmatituose. Yra spėjama, kad atskiras, mažiau tankus vandeningas skystis, reikalingas kišenėms, atsiskiria nuo magmos tik nedidelio gylio ir dėl to mažo slėgio sąlygomis. Tai paaiškintų, kodėl taip mažai kišenių randama gilesniuose pegmatituose ir kodėl daugybėje pasaulio pegmatitų kišenių nėra.


Parengta pagal:

Gem-bearing pegmatites : a review,  J. E. Shigley and A. R. Kampf

Granitic Pegmatites as Sources of Colored Gemstones, W. B. Simmons, F. Pezzotta, J. E. Shigley, and H. Beurlen, 2012

Techo naujienos į Jūsų el. pašo dėžutę: