Polimorfy wskaźnikowe (cyjanit–andaluzyt–sylimanit)

Cyjanit (dysten, kyanit), andaluzyt oraz sylimanit są trzema polimorficznymi odmianami bezwodnego glinokrzemianu o składzie Al₂SiO₅. Mają identyczny skład chemiczny, lecz różnią się budową wewnętrzną kryształów, a w konsekwencji także ich właściwościami fizycznymi, pokrojem oraz zakresem stabilności w warunkach ciśnienia (P) i temperatury (T). Zależności te sprawiają, że należą do najważniejszych minerałów wskaźnikowych stosowanych w petrologii metamorficznej.

Każdy z polimorfów jest stabilny w innym zakresie warunków P-T (Fig. 1). Cyjanit jest charakterystyczny dla warunków stosunkowo wysokiego ciśnienia i umiarkowanej temperatury, andaluzyt powstaje przede wszystkim przy stosunkowo niskim ciśnieniu, natomiast sylimanit jest odmianą wysokotemperaturową. Granice stabilności tych minerałów przecinają się w pobliżu tzw. punktu potrójnego, w którym w warunkach równowagi wszystkie trzy polimorfy mogą współistnieć. Położenie tego punktu oraz przebieg granic równowagi zależą od przyjętych danych termodynamicznych, dlatego diagramy P-T należy traktować jako przybliżony zapis warunków stabilności.

Obecność któregoś z polimorfów Al₂SiO₅ pozwala określić przybliżone warunki metamorfizmu skały, a współwystępowanie dwóch lub trzech odmian może dostarczyć dodatkowych informacji o przebiegu przemian metamorficznych. Minerały te występują przede wszystkim w skałach bogatych w glin, zwłaszcza w przeobrażonych skałach ilastych, łupkach mikowych, gnejsach i kwarcytach. Ich znaczenie wykracza jednak poza samo określanie stopnia metamorfizmu – relacje teksturalne pomiędzy poszczególnymi polimorfami mogą również dokumentować kolejne etapy ewolucji P-T skały.

Cyjanit (dysten, kyanit) – Al₂SiO₅ – jest trójskośnym polimorfem glinokrzemianu, charakterystycznym przede wszystkim dla warunków stosunkowo wysokiego ciśnienia. Jego nazwa nawiązuje do charakterystycznej, najczęściej niebieskiej barwy kryształów. Cyjanit jest typowym minerałem skał metamorficznych, szczególnie łupków krystalicznych, łupków mikowych i gnejsów bogatych w glin. W odpowiednich warunkach może występować również w eklogitach i skałach poddanych metamorfizmowi wysokociśnieniowemu.

Występowanie

Cyjanit jest typowym minerałem metamorfizmu regionalnego skał bogatych w glin. Najczęściej występuje w łupkach mikowych, łupkach krystalicznych i gnejsach, gdzie może tworzyć dobrze wykształcone, wydłużone kryształy. Jest szczególnie charakterystyczny dla warunków, w których ciśnienie jest wyższe niż w polu stabilności andaluzytu. Z tego względu jego obecność może wskazywać na przebieg metamorfizmu w warunkach podwyższonego ciśnienia.

Cyjanit występuje również w niektórych eklogitach oraz skałach wysokociśnieniowych. Współwystępowanie cyjanitu z innymi minerałami wskaźnikowymi, takimi jak granaty, staurolit czy chlorytoid, pozwala dokładniej określać warunki P-T metamorfizmu. W osadach klastycznych cyjanit może występować również jako odporny minerał ciężki, pochodzący z erozji skał metamorficznych.

Andaluzyt – Al₂SiO₅ – jest rombowym polimorfem glinokrzemianu, charakterystycznym dla stosunkowo niskich ciśnień i umiarkowanych temperatur. W przeciwieństwie do cyjanitu może powstawać w warunkach niskiego ciśnienia, dlatego często spotykany jest w aureolach metamorfizmu kontaktowego wokół intruzji magmowych. Występuje również w skałach przeobrażonych regionalnie.

Występowanie

Andaluzyt powstaje przede wszystkim podczas metamorfizmu skał ilastych i innych skał bogatych w glin w warunkach stosunkowo niskiego ciśnienia. Szczególnie typowy jest dla metamorfizmu kontaktowego, gdzie rozwija się w aureolach termicznych wokół intruzji magmowych. Może jednak występować również w skałach poddanych metamorfizmowi regionalnemu, jeżeli warunki P-T mieszczą się w jego polu stabilności.

Szczególnie interesującą odmianą jest chiastolit, w którym ciemne wrostki tworzą charakterystyczny układ przypominający krzyż widoczny na przekroju kryształu. Zjawisko to związane jest z selektywnym rozmieszczeniem domieszek podczas wzrostu kryształu. Andaluzyt jest częstym składnikiem łupków metamorficznych i hornfelsów, a jego obecność, zwłaszcza w połączeniu z innymi minerałami wskaźnikowymi, dostarcza informacji o warunkach metamorfizmu.

Sylimanit – Al₂SiO₅ – jest rombowym, wysokotemperaturowym polimorfem glinokrzemianu. Występuje w skałach metamorficznych powstających w wyższych temperaturach niż te, w których stabilny jest andaluzyt i cyjanit. Jest charakterystycznym składnikiem skał poddanych intensywnemu metamorfizmowi regionalnemu i termicznemu, a jego obecność może wskazywać na osiągnięcie wysokiego stopnia przeobrażenia.

Występowanie

Sylimanit jest charakterystyczny dla wysokotemperaturowych warunków metamorfizmu. Występuje przede wszystkim w gnejsach, granulitach, migmatytach oraz wysoko przeobrażonych łupkach metamorficznych bogatych w glin. Może powstawać zarówno podczas metamorfizmu regionalnego, jak i w warunkach silnego metamorfizmu termicznego. Wraz ze wzrostem temperatury może zastępować wcześniejsze polimorfy Al₂SiO₅, zwłaszcza andaluzyt i cyjanit.

Szczególnie częstą postacią sylimanitu jest fibrolit, zbudowany z bardzo drobnych, włóknistych kryształów. W skałach metamorficznych sylimanit może występować w asocjacji z biotytem, granatem, skaleniami, kwarcem i kordyerytem. Jego obecność jest ważną wskazówką osiągnięcia wysokich temperatur metamorfizmu, a relacje teksturalne pomiędzy sylimanitem i pozostałymi polimorfami Al₂SiO₅ mogą dokumentować ewolucję warunków P-T.

W warunkach bardzo wysokiej temperatury wszystkie trzy polimorfy Al₂SiO₅ mogą zostać zastąpione przez inne fazy, przede wszystkim mullit, w zależności od składu chemicznego układu i warunków fizykochemicznych. Zdolność do przechodzenia w wysokotemperaturowe produkty przemian sprawia, że minerały te mają również duże znaczenie technologiczne – po wypaleniu są wykorzystywane do produkcji materiałów ogniotrwałych.

Znaczenie wskaźnikowe polimorfów Al₂SiO₅

Trzy polimorfy Al₂SiO₅ stanowią szczególnie czytelny przykład zależności stabilności minerałów od warunków ciśnienia i temperatury. Cyjanit wskazuje przede wszystkim na warunki wyższego ciśnienia, andaluzyt na stosunkowo niskie ciśnienie, natomiast sylimanit na wysoką temperaturę. Nie oznacza to jednak, że pojedynczy minerał pozwala jednoznacznie określić pełne warunki P-T metamorfizmu. Do dokładniejszej interpretacji konieczne jest uwzględnienie całego zespołu mineralnego, składu chemicznego skały oraz relacji teksturalnych między minerałami.

Szczególnie cenne są skały, w których zachowały się dwa lub więcej polimorfów. Ich wzajemne relacje mogą wskazywać na kierunek zmian warunków metamorfizmu, np. przejście od pola stabilności cyjanitu do pola stabilności sylimanitu wraz ze wzrostem temperatury. Z tego względu polimorfy Al₂SiO₅ należą do podstawowych minerałów wykorzystywanych przy rekonstrukcji ewolucji P-T skał metamorficznych.